Comment prévenir les décharges électrostatiques (ESD)
Pour combattre et prévenir efficacement les décharges électrostatiques, le bon équipement doit être utilisé correctement. Grâce à une gamme de puissants dispositifs de prévention, de surveillance et d'ionisation des ESD en boucle fermée-, les ESD peuvent désormais être considérées comme un problème de contrôle des processus.
Les décharges électrostatiques (ESD) sont une source familière mais sous-estimée de dommages aux cartes de circuits imprimés et aux composants des assemblages électroniques. Cela concerne tous les fabricants, quelle que soit leur taille. Alors que beaucoup pensent qu'ils produisent dans un environnement sécurisé ESD-, la réalité est que les dommages liés aux ESD- continuent de coûter des milliards de dollars chaque année à l'industrie mondiale de la fabrication électronique.
Qu’est-ce que l’EDD exactement ? La décharge électrostatique (ESD) est définie comme la décharge (flux d'électrons) d'une charge statique (fixe) préexistante (électrons insuffisants ou excessifs). La charge est stable dans deux conditions :
Lorsqu'il se « coince » dans un objet conducteur mais électriquement isolant, comme un tournevis en métal avec un manche en plastique.
Lorsqu'il réside sur une surface isolante (comme le plastique) et ne peut pas circuler dessus.
Cependant, si un conducteur avec une charge électrique suffisamment élevée (comme un tournevis) s'approche d'un circuit intégré (CI) avec un potentiel opposé, un « pontage » de charge se produit, provoquant une décharge électrostatique (ESD).
L'ESD se produit très rapidement avec une intensité extrêmement élevée, générant généralement suffisamment de chaleur pour faire fondre les circuits internes d'une puce semi-conductrice. Au microscope électronique, cela apparaît comme un petit trou soufflé-, provoquant des dommages immédiats et irréversibles.
Ce qui est encore plus grave, c'est que dans un cas sur dix seulement, ces dommages entraînent la défaillance de l'ensemble du composant lors des tests finaux. Dans les 90 % restants, les dommages ESD ne provoquent qu'une dégradation partielle-ce qui signifie que le composant endommagé passe les tests finaux de manière indétectable, ne présentant qu'une défaillance prématurée sur le terrain après l'expédition au client. Il s’agit du domaine le plus réputé et le plus coûteux pour un fabricant lorsqu’il s’agit de corriger des défauts de fabrication.
Cependant, la principale difficulté du contrôle des décharges électrostatiques est qu’elles sont invisibles mais capables d’endommager les composants électroniques. Une décharge qui produit un « clic » audible nécessite une charge relativement importante d'environ 2 000 volts, tandis que 3 000 volts peuvent produire un petit choc électrique et 5 000 volts peuvent produire une étincelle visible.
Par exemple, des composants courants tels que les semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS) ou les mémoires mortes programmables électriquement (EPROM) peuvent être endommagés par des différences de potentiel ESD de seulement 250 volts et 100 volts respectivement, tandis que les composants modernes de plus en plus sensibles, y compris les processeurs Pentium, peuvent être détruits par seulement 5 volts.
Ce problème est aggravé par les activités dommageables qui se produisent quotidiennement. Par exemple, marcher sur le sol d’une usine de vinyle génère des frictions entre la surface du sol et les chaussures. Le résultat est qu’un objet purement chargé peut accumuler une charge de 3 à 2 000 volts, selon l’humidité relative de l’air local.
Même la friction générée par le mouvement naturel d'un travailleur sur un établi peut produire de 400 à 6 000 volts. Si les travailleurs manipulent des isolateurs lors du déballage ou du reconditionnement des PCB dans des boîtes en mousse ou du papier bulle, la charge nette qui peut s'accumuler sur la surface du corps d'un travailleur peut atteindre environ 26 000 volts.
Par conséquent, en tant que source majeure de risque ESD, tout le personnel entrant dans une zone protégée contre les électrostatiques (EPA) doit être mis à la terre pour empêcher toute accumulation de charge, et toutes les surfaces doivent être mises à la terre pour maintenir tout au même potentiel, empêchant ainsi l'ESD de se produire.
Les principaux produits utilisés pour prévenir les décharges électrostatiques sont les bracelets en velours côtelé moelleux et les surfaces ou rembourrages dissipatifs.-les deux doivent être correctement mis à la terre. Des aides supplémentaires telles que des chaussures dissipatives ou des sangles de talon et des vêtements appropriés sont conçues pour empêcher l'accumulation et la rétention de charge nette pendant que le personnel se déplace au sein de l'EPA.
Pendant et après l'assemblage, les PCB doivent également être protégés contre les décharges électrostatiques lors du transport interne et externe. De nombreux produits d'emballage de PCB sont disponibles à cet effet, notamment des sacs de protection, des boîtes d'expédition et des chariots mobiles. Même si l'utilisation correcte de l'équipement ci-dessus permettra d'éviter 90 % des problèmes liés aux ESD-, une autre couche de protection est nécessaire pour atteindre les 10 % finaux : l'ionisation.
Le moyen le plus efficace de neutraliser les équipements d'assemblage et les surfaces susceptibles de générer des charges électrostatiques consiste à utiliser un ioniseur -un appareil qui souffle un flux d'air ionisé à travers la zone de travail pour neutraliser toute charge accumulée sur l'isolant.
Une idée fausse courante est que, parce que les dragonnes sont portées aux postes de travail, la charge sur l'isolation dans cette zone, comme les gobelets en polystyrène ou les boîtes en carton, se dissipera en toute sécurité. Par définition, les isolants ne conduisent pas l’électricité et ne peuvent être déchargés que par ionisation.
Si un isolant chargé reste dans l'EPA, il rayonnera un champ électrostatique, générant une charge nette sur tous les objets à proximité, augmentant ainsi le risque de dommages ESD au produit. Alors que de nombreux fabricants tentent d’interdire l’isolation de leurs EPA, cette approche est difficile à mettre en œuvre. L'isolation est si répandue dans la vie quotidienne-des tapis en mousse sur lesquels les opérateurs s'assoient confortablement jusqu'aux objets enveloppés dans des housses en plastique.
Grâce à l’utilisation d’ioniseurs, les fabricants peuvent accepter la présence d’une certaine isolation dans leurs EPA. Étant donné que les systèmes de génération d'ions neutralisent en permanence toute accumulation de charge susceptible de se produire sur les isolants, ils constituent un investissement rentable pour tout programme ESD.
Il existe deux types fondamentaux de générateurs d'ions dans les assemblages électroniques standards :
Bureau (un seul ventilateur)
Unité aérienne (une série de ventilateurs dans une seule unité aérienne)
Des générateurs d'ions intérieurs sont également disponibles, mais sont désormais principalement utilisés dans les environnements de salles blanches.
Le choix dépend de la taille de la zone à protéger. Un générateur d’ions de bureau couvrira une seule surface de travail uniforme, tandis qu’un générateur d’ions aérien en couvrira deux ou trois. Un autre avantage est que les générateurs d’ions empêchent également la poussière statique d’adhérer aux produits, ce qui peut dégrader leur aspect.
Cependant, aucun programme de protection n'est complet sans des tests et une surveillance appropriés de l'efficacité des équipements ESD. Les principaux experts en contrôle ESD et en ionisation ont rapporté des exemples de fabricants utilisant des équipements ESD inefficaces (et donc inutiles) sans se rendre compte de leur défaillance.
Pour éviter cela, en plus des équipements ESD standard, les fournisseurs ESD proposent une variété de dispositifs de surveillance constante qui déclenchent automatiquement une alarme si une performance dépasse les limites spécifiées. Les moniteurs peuvent être utilisés comme unités autonomes ou connectés en réseau. Un logiciel réseau d'acquisition automatique de données est également disponible, fournissant-des affichages en temps réel des performances du système pour les opérateurs et les postes de travail.
Les moniteurs peuvent simplifier la planification ESD en éliminant de nombreuses tâches de routine, telles que garantir des mesures quotidiennes appropriées du ruban, l'équilibrage et la maintenance appropriée du générateur d'ions, ainsi que des points de mise à la terre de l'établi en bon état.
Conclusion
La première étape pour prévenir les décharges électrostatiques consiste à évaluer correctement comment des détails apparemment mineurs peuvent causer des dommages irréparables s'ils sont négligés. Un plan efficace nécessite non seulement l’utilisation d’équipements de protection ESD efficaces, mais également des procédures opérationnelles rigoureuses pour garantir la sécurité ESD de tout le personnel de l’usine.
Bien que de nombreux fabricants utilisent des testeurs de ruban automatiques, il est courant de voir des opérateurs réussir ou échouer le test en raison d'un ruban lâche. De nombreux opérateurs tentent de réussir le test en saisissant simplement le testeur près de leur poignet avec leur autre main.
Néanmoins, la bonne nouvelle est que les décharges électrostatiques sont évitables. Le temps et l’argent investis dans le bon équipement et dans l’amélioration des procédures de sécurité seront récompensés par une augmentation des taux de réussite.