¿Cómo se forma el peligro de electricidad estática en la industria electrónica?
Los peligros de la electricidad estática en la industria electrónica se pueden dividir en dos categorías: una es la adsorción de polvo en el aire causada por la atracción electrostática; el otro es la ruptura dieléctrica causada por una descarga electrostática.
1. Adsorción electrostática
En el proceso de fabricación de componentes semiconductores, debido al uso extensivo de herramientas y materiales hechos de cuarzo y polímeros, que tienen altas propiedades de aislamiento, la fricción inevitable durante el uso puede causar que las cargas superficiales se acumulen continuamente, aumentando el potencial.
Debido a los efectos mecánicos de la electricidad estática, el polvo en suspensión en el lugar de trabajo puede adherirse fácilmente a la superficie del chip en estas condiciones. Incluso las pequeñas partículas de polvo pueden afectar el rendimiento de los dispositivos semiconductores. Por lo tanto, la producción de productos electrónicos debe realizarse en un ambiente limpio, y los operadores, las herramientas y el medio ambiente deben tomar una serie de medidas anti-estáticas para prevenir y reducir la formación de riesgos de electricidad estática.
2. Clasificación de la Ruptura Dieléctrica
La avería de componentes causada por la electricidad estática es la principal forma de peligro por electricidad estática en la industria electrónica. En un campo eléctrico intenso, a medida que aumenta la intensidad del campo, se acumula carga. Cuando alcanza un cierto nivel, el dieléctrico pierde su polarización y se convierte en un conductor, lo que eventualmente provoca daños térmicos. Este fenómeno se llama ruptura dieléctrica. La ruptura dieléctrica se puede clasificar en tres tipos: ruptura térmica, ruptura química y ruptura eléctrica.
(1) Avería térmica
Cuando un dieléctrico está en funcionamiento, si el calor generado por la pérdida de energía excede el calor disipado al entorno circundante, la temperatura del dieléctrico aumenta rápidamente, aumentando la conductividad hasta que se produce daño térmico. Por lo tanto, el problema central en la degradación térmica es la disipación de calor. El diseño térmico es un aspecto crucial del diseño de productos.
(2) Desglose químico
Bajo alto voltaje, un campo eléctrico fuerte puede causar ionización por colisión de aire localizada cerca de defectos o poros en la superficie dieléctrica o dentro del dieléctrico. Esta ionización provoca un brillo dieléctrico, generando sustancias químicas-ozono y dióxido de carbono-que reducen el rendimiento del aislamiento y provocan daños dieléctricos.
(3) Avería eléctrica
La ruptura eléctrica ocurre cuando un dieléctrico se somete a un fuerte campo eléctrico, lo que hace que emita electrones libres. Los electrones libres aumentan rápidamente al aumentar la intensidad del campo eléctrico, destruyendo así las propiedades aislantes del dieléctrico. Es evidente que la avería eléctrica es causada esencialmente por acumulación de carga; por lo tanto, evitar la acumulación de carga puede evitar averías eléctricas.
3. Avería y descarga electrostática
(1) Descarga electrostática
Aunque la descarga electrostática y la descarga generada por una fuente de alimentación estable externa son causadas por acumulación de carga, tienen diferencias significativas. Primero, en el caso de una descarga electrostática, la fuente de descarga es una carga espacial y, por lo tanto, su energía almacenada es limitada, a diferencia de una fuente de alimentación externa que tiene la capacidad de descargarse continuamente. Por lo tanto, solo puede proporcionar energía para averías localizadas-a corto plazo. Aunque la energía de una descarga electrostática es relativamente pequeña, su forma de onda de descarga es muy compleja y difícil de controlar. A esto se debe la avería suave de los dispositivos semiconductores.
(2) Avería electrostática
El daño por rotura de componentes causado por descargas electrostáticas es el peligro más común y grave en la industria electrónica, especialmente en la fabricación y ensamblaje de productos electrónicos. La descarga electrostática puede provocar una avería grave o suave de los dispositivos. Una avería grave es una-falla permanente del dispositivo, como un circuito abierto o un cortocircuito entre la salida y la entrada del dispositivo. Una avería suave puede degradar el rendimiento de los componentes y reducir sus especificaciones, creando posibilidades de fallo. Debido a que la avería suave hace que los circuitos funcionen mal de forma intermitente (debido a especificaciones reducidas) y es difícil de detectar, causa problemas importantes para el funcionamiento general del sistema y la resolución de problemas. Durante una avería leve, el equipo aún puede funcionar con una "falla", su rendimiento no cambia fundamentalmente y puede pasar la inspección de fábrica, pero es propenso a fallar nuevamente en cualquier momento. Múltiples averías leves pueden provocar averías graves, lo que provoca un funcionamiento anormal del equipo, lo que provoca pérdidas para los usuarios, daños a la reputación del fabricante y a las ventas de productos, e incluso pérdidas irreparables para el país.
4. Electricidad estática del cuerpo humano
En la producción industrial, una de las principales causas de daños a los componentes y de interferencia con el funcionamiento normal de los equipos electrónicos es la descarga electrostática del cuerpo humano. La descarga electrostática del cuerpo humano puede provocar descargas eléctricas y lesiones, y también puede provocar accidentes secundarios (es decir, daños a los componentes), por lo que debe tomarse en serio. La electricidad estática es generada por el cuerpo humano convirtiendo la energía mecánica consumida durante el trabajo diario en energía eléctrica. El cuerpo humano es un conductor estático. Cuando se aísla del suelo (por ejemplo, con zapatos hechos de material aislante), se forma un condensador entre el cuerpo y el suelo, que almacena carga eléctrica. El voltaje de carga suele ser inferior o igual a 50 kV.
Una acción muy común y sutil puede generar un voltaje estático considerablemente alto. Cuando el cuerpo humano descarga una sustancia cargada, reaccionará en diversos grados; Esta reacción se llama sensibilidad a la descarga eléctrica. Si bien una descarga estática no causará daños fisiológicos importantes, puede afectar la salud o dañar el cuerpo.
El límite para lesiones por descarga eléctrica es de 3,0 kV. Además, tocar dispositivos sensibles a la estática-con un cuerpo cargado puede dañarlos.
III. Tecnología de control anti-estática (medidas)
Según los principios, peligros y leyes de las descargas electrostáticas, se pueden seguir los siguientes principios para establecer medidas de control antiestática-eficaces para prevenir daños.
a) Incorporar control electrostático en el diseño.
b) Prevenir la acumulación de carga electrostática y suprimir y reducir la generación de electricidad estática.
c) Establecer un canal de descarga rápido y seguro
d) Detectar y monitorear la efectividad de las medidas anti-estáticas
1. Incorporar control electrostático en el diseño.
(1) Diseño anti-estático del entorno de producción
El diseño anti-estático del entorno de producción de productos electrónicos es la clave para el control de ESD. El diseño se basa en la película aislante de los componentes electrónicos, el voltaje de ruptura electrostática de los dispositivos sensibles a la electrostática (ESDS) en toda la máquina y el rendimiento anti-estático del equipo de producción. Los fabricantes deben determinar un nivel de control de ESD específico, que está determinado por los componentes más sensibles del proceso de producción, y el entorno de producción debe garantizar la seguridad de este nivel. Según la "Especificación técnica para ingeniería antiestática" DGJ08-83-2000, el diseño de ingeniería para controlar la electricidad estática se divide específicamente en tres niveles: el estándar de nivel 1 es que el valor absoluto del potencial electrostático en la sala de control no sea superior a 100 V; El estándar de nivel 2 es que el valor absoluto del potencial electrostático en la sala de control no sea superior a 200 V; El estándar de nivel 3 es que el valor absoluto del potencial electrostático en la sala de control no sea superior a 1000 V. Las ubicaciones aplicables para los estándares de clasificación de ingeniería antiestática se muestran en la Tabla 5 a continuación:
Dado que los daños por electricidad estática son invisibles, la eliminación de los peligros de ESD requiere la prevención como enfoque principal. Se deben establecer áreas de protección electrostática (EPA) en el área de trabajo. Según IEC 1340-5-1 (1995) "Requisitos generales para la protección de dispositivos electrónicos", el requisito principal para los EPA es la conexión equipotencial, que conecta al personal, los materiales y las superficies de trabajo y los conecta eléctricamente a una tierra común para evitar diferencias de potencial entre diferentes objetos. Debido a que la ESD no ocurre entre materiales que mantienen el mismo potencial o potencial cero, los dispositivos o placas de circuito propensos a ESD en un entorno de la EPA están protegidos contra daños por ESD.