Com es forma el perill d'electricitat estàtica a la indústria electrònica?
Els perills de l'electricitat estàtica a la indústria electrònica es poden dividir en dues categories: una és l'adsorció de pols en l'aire causada per l'atracció electrostàtica; l'altre és la ruptura dielèctrica causada per descàrregues electrostàtiques.
1. Adsorció electrostàtica
En el procés de fabricació de components semiconductors, a causa de l'ús extensiu d'eines i materials fets de quars i polímers, que tenen altes propietats d'aïllament, la fricció inevitable durant l'ús pot provocar que les càrregues superficials s'acumulin contínuament, augmentant el potencial.
A causa dels efectes mecànics de l'electricitat estàtica, la pols transportada per l'aire al lloc de treball es pot adherir fàcilment a la superfície del xip en aquestes condicions. Fins i tot les petites partícules de pols poden afectar el rendiment dels dispositius semiconductors. Per tant, la producció de productes electrònics s'ha de dur a terme en un entorn net i els operadors, les eines i el medi ambient han de prendre una sèrie de mesures anti-estàtiques per prevenir i reduir la formació de perills d'electricitat estàtica.
2. Classificació de la ruptura dielèctrica
La descomposició dels components causada per l'electricitat estàtica és la principal forma de perill d'electricitat estàtica a la indústria electrònica. En un camp elèctric fort, a mesura que augmenta la intensitat del camp, la càrrega s'acumula. Quan arriba a un cert nivell, el dielèctric perd la seva polarització i es converteix en conductor, provocant finalment danys tèrmics. Aquest fenomen s'anomena ruptura dielèctrica. La ruptura dielèctrica es pot classificar en tres tipus: ruptura tèrmica, ruptura química i avaria elèctrica.
(1) Avaria tèrmica
Quan un dielèctric està en funcionament, si la calor generada per la pèrdua d'energia supera la calor dissipada a l'entorn circumdant, la temperatura dielèctrica augmenta ràpidament, augmentant la conductivitat fins que es produeix un dany tèrmic. Per tant, el problema central de la ruptura tèrmica és la dissipació de la calor. El disseny tèrmic és un aspecte crucial del disseny del producte.
(2) Avaria química
Sota alta tensió, un camp elèctric fort pot causar ionització localitzada per col·lisió d'aire prop de defectes o porus de la superfície dielèctrica o dins del dielèctric. Aquesta ionització provoca una brillantor dielèctrica, generant substàncies químiques-ozó i diòxid de carboni-que redueixen el rendiment de l'aïllament i provoquen danys dielèctrics.
(3) Avaria elèctrica
La ruptura elèctrica es produeix quan un dielèctric està sotmès a un fort camp elèctric, el que fa que emeti electrons lliures. Els electrons lliures augmenten ràpidament amb l'augment de la força del camp elèctric, destruint així les propietats aïllants del dielèctric. És evident que l'avaria elèctrica és causada essencialment per l'acumulació de càrrega; per tant, evitar l'acumulació de càrrega pot evitar avaria elèctrica.
3. Avaria i descàrrega electrostàtica
(1) Descàrrega electrostàtica
Tot i que les descàrregues electrostàtiques i les descàrregues generades per una font d'alimentació externa estable són causades per l'acumulació de càrrega, tenen diferències significatives. En primer lloc, en el cas de la descàrrega electrostàtica, la font de descàrrega és la càrrega espacial i, per tant, la seva energia emmagatzemada és limitada, a diferència d'una font d'alimentació externa que té la capacitat de descarregar-se contínuament. Per tant, només pot proporcionar energia a curt termini-avaria localitzada. Tot i que l'energia de la descàrrega electrostàtica és relativament petita, la seva forma d'ona de descàrrega és molt complexa i difícil de controlar. La descomposició suau dels dispositius semiconductors està relacionada amb això.
(2) Avaria electrostàtica
Els danys per avaria dels components causats per descàrregues electrostàtiques són el perill més comú i greu a la indústria electrònica, especialment en la fabricació i el muntatge de productes electrònics. Les descàrregues electrostàtiques poden provocar una avaria dura o suau dels dispositius. Una avaria dura és una fallada permanent-un cop del dispositiu, com ara un circuit obert o un curtcircuit entre la sortida i l'entrada del dispositiu. Una avaria suau pot degradar el rendiment dels components i reduir-ne les especificacions, creant un potencial de fallada. Com que l'avaria suau fa que els circuits funcionin malament de manera intermitent (a causa de les especificacions reduïdes) i és difícil de detectar, provoca problemes importants per al funcionament general del sistema i la resolució de problemes. Durant una avaria suau, l'equip encara pot funcionar amb una "falla", el seu rendiment no ha canviat fonamentalment i pot passar la inspecció de fàbrica, però és propens a fallar de nou en qualsevol moment. Múltiples avaries suaus poden provocar una avaria dura, provocant un funcionament anormal de l'equip, que provoca pèrdues per als usuaris, danys a la reputació del fabricant i a les vendes de productes i fins i tot pèrdues irreparables per al país.
4. Electricitat estàtica del cos humà
En la producció industrial, una de les principals causes de danys als components i interferències amb el funcionament normal dels equips electrònics és la descàrrega electrostàtica del cos humà. Les descàrregues electrostàtiques del cos humà poden causar descàrregues elèctriques i lesions, i també poden provocar accidents secundaris (és a dir, danys als components), per tant, s'han de prendre seriosament. L'electricitat estàtica és generada pel cos humà convertint l'energia mecànica consumida durant el treball diari en energia elèctrica. El cos humà és un conductor estàtic. Quan s'aïlla del terra (per exemple, amb sabates fetes de material aïllant), es forma un condensador entre el cos i el terra, que emmagatzema la càrrega elèctrica. La tensió de càrrega normalment és inferior o igual a 50 kV.
Una acció molt habitual i subtil pot generar una tensió estàtica considerablement alta. Quan el cos humà descarrega una substància carregada, reaccionarà en diferents graus; aquesta reacció s'anomena sensibilitat a la descàrrega elèctrica. Tot i que un xoc estàtic no causarà danys fisiològics importants, pot afectar la salut o danyar el cos.
El límit per a lesions per descàrrega elèctrica és de 3,0 kV. A més, tocar dispositius sensibles-estàtics amb un cos carregat pot danyar aquests dispositius.
III. Tecnologia de control anti-estàtic (mesures)
D'acord amb els principis, els perills i les lleis de les descàrregues electrostàtiques, es poden seguir els principis següents per establir mesures de control anti-efectives per prevenir danys.
a) Incorporar el control electrostàtic al disseny
b) Evitar l'acumulació de càrrega electrostàtica i suprimir i reduir la generació d'electricitat estàtica
c) Establir un canal de descàrrega ràpid i segur
d) Detectar i supervisar l'eficàcia de les mesures anti{0}}estàtiques
1. Incorporar el control electrostàtic al disseny
(1) Disseny anti-estàtic de l'entorn de producció
El disseny anti-estàtic de l'entorn de producció de productes electrònics és la clau per al control d'ESD. El disseny es basa en la pel·lícula aïllant dels components electrònics, la tensió de ruptura electrostàtica dels dispositius electrostàtics sensibles (ESDS) a tota la màquina i el rendiment anti-estàtic de l'equip de producció. Els fabricants han de determinar un nivell de control ESD específic, que està determinat pels components més sensibles del procés de producció, i l'entorn de producció ha de garantir la seguretat d'aquest nivell. Segons la DGJ08-83-2000 "Especificació tècnica per a l'enginyeria antiestàtica", el disseny d'enginyeria per controlar l'electricitat estàtica es divideix específicament en tres nivells: l'estàndard de nivell 1 és que el valor absolut del potencial electrostàtic a la sala de control no és superior a 100 V; L'estàndard de nivell 2 és que el valor absolut del potencial electrostàtic a la sala de control no és superior a 200 V; L'estàndard de nivell 3 és que el valor absolut del potencial electrostàtic a la sala de control no és superior a 1000 V. Les ubicacions aplicables per als estàndards de classificació d'enginyeria antiestàtica es mostren a la taula 5 següent:
Com que els danys per electricitat estàtica són invisibles, l'eliminació dels perills d'ESD requereix la prevenció com a enfocament principal. A la zona de treball s'han d'instal·lar zones de protecció electrostàtica (EPA). Segons IEC 1340-5-1 (1995) "Requisits generals per a la protecció de dispositius electrònics", el requisit bàsic dels EPA és la connexió equipotencial, que connecta personal, materials i superfícies de treball i els connecta elèctricament a una terra comú per evitar diferències de potencial entre diferents objectes. Com que l'ESD no es produeix entre materials que mantenen el mateix potencial o potencial zero, els dispositius o plaques de circuit propensos a ESD en un entorn EPA estan protegits dels danys per ESD.