La production, l'impact et la protection de l'électricité statique
I. La production d'électricité statique :
1. Friction : Dans la vie quotidienne, de l’électricité statique est générée lorsque deux objets de matériaux différents entrent en contact puis se séparent. La méthode la plus courante pour générer de l’électricité statique est la friction. Plus un matériau est isolant, plus il est facile de générer de l’électricité statique par friction. De plus, de l’électricité statique peut également être générée lorsque deux objets constitués de substances différentes entrent en contact puis se séparent.
2. Induction : Pour les matériaux conducteurs, les électrons peuvent circuler librement à leur surface. S'ils sont placés dans un champ électrique, les électrons positifs et négatifs seront transférés en raison de la répulsion de charges similaires et de l'attraction de charges différentes.
3. Conduction : Pour les matériaux conducteurs, les électrons peuvent circuler librement à leur surface. S'ils entrent en contact avec un objet chargé, un transfert de charge se produira.
II. L'impact de l'électricité statique sur l'industrie électronique
La miniaturisation des circuits, la capacité de tenue à la tension inférieure et la surface de circuit plus petite dans les composants de circuits intégrés affaiblissent leur résistance aux décharges électrostatiques (ESD). Les champs et courants électrostatiques deviennent des menaces mortelles pour ces composants à haute densité-. Simultanément, l’utilisation généralisée de matériaux hautement isolants tels que les plastiques augmente considérablement les risques de génération d’électricité statique. L'électricité statique est générée dans la vie quotidienne par des activités telles que la marche, le mouvement de l'air et la manipulation. Alors qu'il est communément admis que seules les puces CMOS sont sensibles à l'électricité statique, en réalité, les composants électroniques hautement intégrés sont assez sensibles.
A. Effets de l'électricité statique sur les composants électroniques
1. L’électricité statique attire la poussière, modifiant l’impédance entre les circuits et affectant la fonctionnalité et la durée de vie du produit.
2. Les champs ou courants électriques peuvent endommager l'isolation ou les conducteurs des composants, les rendant inutilisables (complètement détruits).
3. La chaleur générée par des champs ou courants électriques instantanés peut endommager les composants, leur permettant de continuer à fonctionner mais réduisant leur durée de vie.
B. Caractéristiques des dommages dus à l'électricité statique :
1. Insidieux : Le corps humain ne peut pas percevoir directement l’électricité statique à moins qu’une décharge électrostatique ne se produise. Même dans ce cas, la sensation d’un choc électrique n’est pas toujours ressentie. En effet, le corps humain ne peut percevoir qu'une tension de décharge électrostatique de 2 à 3 KV.
2. Latent : Certains composants électroniques ne présentent pas de baisse de performance évidente après des dommages causés par l'électricité statique, mais des décharges répétées peuvent provoquer des dommages internes, créant des dangers cachés et augmentant la sensibilité du composant à l'électricité statique. Il n'existe aucun remède aux problèmes existants.. 3. Aléatoire : dans quelles circonstances les composants électroniques subiront-ils des dommages dus aux décharges électrostatiques (ESD) ? On peut dire qu'à partir du moment où un composant est fabriqué jusqu'à sa défaillance, il est menacé par l'ESD, et la génération de cette ESD est aléatoire. Étant donné que la génération et la décharge des décharges électrostatiques se produisent instantanément, elles sont difficiles à prévoir et à protéger.
4. Complexité des dommages ESD : la structure complexe et délicate des produits électroniques rend le travail ESD long-, laborieux-et coûteux. Cela nécessite souvent une technologie sophistiquée, nécessitant souvent l’utilisation d’instruments de précision tels que des microscopes électroniques à balayage. Néanmoins, certains phénomènes de dommages ESD sont difficiles à distinguer des dommages causés par d’autres raisons, ce qui conduit à une interprétation erronée des défaillances ESD comme d’autres types de défaillances. Avant de parvenir à une compréhension complète des dommages causés par les décharges électrostatiques, ceux-ci sont souvent attribués à des pannes précoces ou à des pannes d'origine inconnue, obscurcissant ainsi inconsciemment la véritable cause de la panne.
5. Gravité : Même si les problèmes ESD semblent affecter uniquement les utilisateurs de produits finis, ils ont en réalité un impact sur les fabricants à tous les niveaux, comme les coûts de garantie, les coûts de réparation et la réputation de l'entreprise.
III. Trois types d'EDD
1. Type de corps humain : il s'agit de la charge de friction générée entre le corps et les vêtements lors d'une activité humaine.. 1. Lorsque des personnes tiennent des appareils sensibles aux ESD-sans les mettre à la terre au préalable, des charges triboélectriques seront transférées aux appareils sensibles aux ESD-et causeront des dommages.
2. Type de chargement des appareils microélectroniques : il s'agit des appareils sensibles aux ESD-, en particulier les pièces en plastique. Lors de la production automatisée, des charges triboélectriques sont générées. Ces charges peuvent être rapidement déchargées à travers des lignes à faible résistance-vers une surface hautement conductrice et fermement mise à la terre, provoquant des dommages ; ou ils peuvent provoquer la charge des parties métalliques de l'appareil sensible aux ESD-par induction, entraînant des dommages.
3. Type induit par un champ- : cela se produit lorsqu'un champ électrique puissant entoure l'appareil, qui peut provenir de matières plastiques ou de vêtements. La conversion électronique se produit à travers la couche d'oxyde. Si la différence de potentiel dépasse la constante diélectrique de la couche d'oxyde, un arc électrique sera généré pour détruire la couche d'oxyde, entraînant un court-circuit.
IV. Protection électrostatique
1. Mise à la terre
La mise à la terre décharge directement l'électricité statique vers la terre via une connexion filaire. Il s'agit de la mesure antistatique-la plus directe et la plus efficace. Pour les conducteurs, la mise à la terre est couramment utilisée, par exemple en portant des bracelets antistatiques - et en mettant les surfaces de travail à la terre.
La mise à la terre est mise en œuvre par les méthodes suivantes :
1) Mise à la terre du corps humain via des bracelets.
2) Mise à la terre du corps humain via des chaussures (ou lacets) antistatiques et un revêtement de sol antistatique.
3) Mise à la terre de la surface de l'établi.
4) Mise à la terre des instruments de test, des porte-outils et des fers à souder.
5) Mise à la terre des revêtements de sol et des tapis antistatiques.
6) Mise à la terre des chariots, boîtes et racks de transport antistatiques dans la mesure du possible.
7) Mise à la terre des chaises anti-statiques.
2. Blindage électrostatique
Les composants sensibles aux décharges électrostatiques peuvent être exposés à l'électricité statique pendant le stockage ou le transport. Le blindage électrostatique peut réduire l'impact de l'électricité statique externe sur les composants électroniques. Les méthodes les plus courantes consistent à utiliser des sacs de protection électrostatique et des boîtes de retournement antistatiques -pour la protection. De plus, les vêtements anti-statiques offrent une certaine protection contre l'électricité statique.