Comment se forme le risque d’électricité statique dans l’industrie électronique ?
Les risques liés à l'électricité statique dans l'industrie électronique peuvent être divisés en deux catégories : l'une est l'adsorption de poussières en suspension dans l'air causée par l'attraction électrostatique ; l'autre est une panne diélectrique causée par une décharge électrostatique.
1. Adsorption électrostatique
Dans le processus de fabrication de composants semi-conducteurs, en raison de l'utilisation intensive d'outils et de matériaux à base de quartz et de polymères, qui ont des propriétés d'isolation élevées, le frottement inévitable pendant l'utilisation peut provoquer une accumulation continue de charges de surface, augmentant ainsi le potentiel.
En raison des effets mécaniques de l’électricité statique, la poussière en suspension dans l’air sur le lieu de travail peut facilement adhérer à la surface des copeaux dans ces conditions. Même les petites particules de poussière peuvent affecter les performances des dispositifs semi-conducteurs. Par conséquent, la production de produits électroniques doit être effectuée dans un environnement propre, et les opérateurs, les outils et l'environnement doivent prendre une série de mesures antistatiques-pour prévenir et réduire la formation de risques d'électricité statique.
2. Classification de la rupture diélectrique
La panne des composants provoquée par l’électricité statique constitue la principale forme de risque lié à l’électricité statique dans l’industrie électronique. Dans un champ électrique puissant, à mesure que l’intensité du champ augmente, les charges s’accumulent. Lorsqu’il atteint un certain niveau, le diélectrique perd sa polarisation et devient conducteur, entraînant éventuellement des dommages thermiques. Ce phénomène est appelé claquage diélectrique. Les claquages diélectriques peuvent être classés en trois types : claquage thermique, claquage chimique et claquage électrique.
(1) Panne thermique
Lorsqu'un diélectrique est en fonctionnement, si la chaleur générée par la perte d'énergie dépasse la chaleur dissipée dans l'environnement, la température du diélectrique augmente rapidement, augmentant la conductivité jusqu'à ce qu'un dommage thermique se produise. Par conséquent, le problème central du claquage thermique est la dissipation de la chaleur. La conception thermique est un aspect crucial de la conception d’un produit.
(2) Dégradation chimique
Sous haute tension, un champ électrique puissant peut provoquer une ionisation localisée par collision aérienne à proximité de défauts ou de pores sur la surface diélectrique ou à l’intérieur du diélectrique. Cette ionisation provoque une lueur diélectrique, générant des substances chimiques -ozone et dioxyde de carbone- qui réduisent les performances d'isolation et entraînent des dommages diélectriques.
(3) Panne électrique
Un claquage électrique se produit lorsqu'un diélectrique est soumis à un champ électrique puissant, l'amenant à émettre des électrons libres. Les électrons libres augmentent rapidement avec l'augmentation de l'intensité du champ électrique, détruisant ainsi les propriétés isolantes du diélectrique. Il est évident que le claquage électrique est essentiellement provoqué par une accumulation de charges ; par conséquent, empêcher l’accumulation de charges peut empêcher une panne électrique.
3. Panne et décharge électrostatique
(1) Décharge électrostatique
Bien que les décharges électrostatiques et les décharges générées par une alimentation externe stable soient toutes deux causées par une accumulation de charges, elles présentent des différences significatives. Premièrement, dans le cas d’une décharge électrostatique, la source de décharge est une charge d’espace, et donc son énergie stockée est limitée, contrairement à une alimentation externe qui a la capacité de se décharger en continu. Ainsi, il ne peut fournir de l'énergie que pour une panne localisée à court terme. Bien que l’énergie d’une décharge électrostatique soit relativement faible, sa forme d’onde de décharge est très complexe et difficile à contrôler. La panne douce des dispositifs semi-conducteurs est liée à cela.
(2) Panne électrostatique
Les dommages causés par les décharges électrostatiques constituent le risque le plus courant et le plus grave dans l'industrie électronique, en particulier dans la fabrication et l'assemblage de produits électroniques. Les décharges électrostatiques peuvent provoquer une panne grave ou une panne légère des appareils. Une panne grave est une défaillance permanente ponctuelle-de l'appareil, telle qu'un circuit ouvert ou un court-circuit entre la sortie et l'entrée de l'appareil. Une panne légère peut dégrader les performances des composants et réduire leurs spécifications, créant ainsi un potentiel de défaillance. Étant donné qu'une panne légère entraîne un dysfonctionnement des circuits par intermittence (en raison de spécifications réduites) et qu'elle est difficile à détecter, elle entraîne des problèmes importants pour le fonctionnement et le dépannage global du système. Lors d'une panne légère, l'équipement peut toujours fonctionner avec un « défaut », ses performances ne sont pas fondamentalement modifiées et il peut passer avec succès l'inspection en usine, mais il est sujet à une nouvelle panne à tout moment. De multiples pannes légères peuvent conduire à des pannes graves, provoquant un fonctionnement anormal de l'équipement, entraînant des pertes pour les utilisateurs, des dommages à la réputation du fabricant et aux ventes de produits, voire des pertes irréparables pour le pays.
4. Électricité statique du corps humain
Dans la production industrielle, les décharges électrostatiques du corps humain constituent une cause majeure de dommages aux composants et d’interférences avec le fonctionnement normal des équipements électroniques. Les décharges électrostatiques du corps humain peuvent provoquer des chocs électriques et des blessures, ainsi que déclencher des accidents secondaires (c'est-à-dire des dommages aux composants). Elles doivent donc être prises au sérieux. L'électricité statique est générée par le corps humain qui convertit l'énergie mécanique consommée au cours du travail quotidien en énergie électrique. Le corps humain est un conducteur statique. Lorsqu'il est isolé du sol (par exemple avec des chaussures en matériau isolant), un condensateur se forme entre le corps et le sol, stockant la charge électrique. La tension de charge est généralement inférieure ou égale à 50 kV.
Une action très courante et subtile peut générer une tension statique considérablement élevée. Lorsque le corps humain décharge une substance chargée, il réagit à des degrés divers ; cette réaction est appelée sensibilité aux chocs électriques. Même si un choc statique ne causera pas de dommages physiologiques majeurs, il peut affecter la santé ou nuire à l’organisme.
La limite de blessure par choc électrique est de 3,0 kV. De plus, toucher des appareils sensibles à l'électricité statique-avec un corps chargé peut endommager ces appareils.
III. Technologie de contrôle anti-statique (mesures)
Sur la base des principes, des dangers et des lois des décharges électrostatiques, les principes suivants peuvent être suivis pour établir des mesures de contrôle anti-efficaces afin de prévenir les dommages.
a) Incorporer le contrôle électrostatique dans la conception
b) Empêcher l'accumulation de charge électrostatique et supprimer et réduire la génération d'électricité statique
c) Établir un canal de décharge rapide et sûr
d) Détecter et surveiller l'efficacité des mesures anti-statiques
1. Incorporer le contrôle électrostatique dans la conception
(1) Conception anti-statique de l'environnement de production
La conception anti-statique de l'environnement de production des produits électroniques est la clé du contrôle ESD. La conception est basée sur le film isolant des composants électroniques, la tension de claquage électrostatique des dispositifs sensibles aux électrostatiques (ESDS) dans l'ensemble de la machine et les performances anti-statiques de l'équipement de production. Les fabricants doivent déterminer un niveau de contrôle ESD spécifique, déterminé par les composants les plus sensibles du processus de production, et l'environnement de production doit garantir la sécurité de ce niveau. Selon DGJ08-83-2000 « Spécifications techniques pour l'ingénierie antistatique », la conception technique pour le contrôle de l'électricité statique est spécifiquement divisée en trois niveaux : La norme de niveau 1 est que la valeur absolue du potentiel électrostatique dans la salle de contrôle n'est pas supérieure à 100 V ; La norme de niveau 2 stipule que la valeur absolue du potentiel électrostatique dans la salle de contrôle n'est pas supérieure à 200 V ; La norme de niveau 3 stipule que la valeur absolue du potentiel électrostatique dans la salle de contrôle ne dépasse pas 1 000 V. Les emplacements applicables pour les normes de classification technique antistatique sont indiqués dans le tableau 5 ci-dessous :
Étant donné que les dommages causés par l’électricité statique sont invisibles, l’élimination des risques ESD nécessite la prévention comme approche principale. Des zones de protection électrostatique (EPA) doivent être aménagées dans la zone de travail. Selon la norme CEI 1340-5-1 (1995) « Exigences générales pour la protection des appareils électroniques », l'exigence principale des EPA est la liaison équipotentielle, qui relie le personnel, les matériaux et les surfaces de travail ensemble et les connecte électriquement à une terre commune pour éviter les différences de potentiel entre différents objets. Étant donné que les décharges électrostatiques ne se produisent pas entre des matériaux qui maintiennent le même potentiel ou un potentiel nul, les dispositifs ou circuits imprimés sujets aux décharges électrostatiques dans un environnement EPA sont protégés contre les dommages causés par les décharges électrostatiques.