Como se forma o perigo de eletricidade estática na indústria eletrônica?
Os riscos de eletricidade estática na indústria eletrônica podem ser divididos em duas categorias: uma é a adsorção de poeira transportada pelo ar causada pela atração eletrostática; a outra é a ruptura dielétrica causada por descarga eletrostática.
1. Adsorção eletrostática
No processo de fabricação de componentes semicondutores, devido ao uso extensivo de ferramentas e materiais feitos de quartzo e polímeros, que possuem altas propriedades de isolamento, o atrito inevitável durante o uso pode fazer com que cargas superficiais se acumulem continuamente, aumentando o potencial.
Devido aos efeitos mecânicos da eletricidade estática, a poeira transportada pelo ar no local de trabalho pode aderir facilmente à superfície do chip sob essas condições. Mesmo pequenas partículas de poeira podem afetar o desempenho dos dispositivos semicondutores. Portanto, a produção de produtos eletrônicos deve ser realizada em um ambiente limpo, e os operadores, as ferramentas e o meio ambiente devem tomar uma série de medidas anti{2}}estáticas para prevenir e reduzir a formação de riscos de eletricidade estática.
2. Classificação da Ruptura Dielétrica
A quebra de componentes causada pela eletricidade estática é a principal forma de risco de eletricidade estática na indústria eletrônica. Num campo eléctrico forte, à medida que a intensidade do campo aumenta, a carga acumula-se. Quando atinge um determinado nível, o dielétrico perde a polarização e se torna um condutor, levando eventualmente a danos térmicos. Este fenômeno é chamado de ruptura dielétrica. A ruptura dielétrica pode ser categorizada em três tipos: ruptura térmica, ruptura química e ruptura elétrica.
(1) Ruptura Térmica
Quando um dielétrico está em operação, se o calor gerado pela perda de energia exceder o calor dissipado para o ambiente circundante, a temperatura dielétrica aumenta rapidamente, aumentando a condutividade até que ocorra dano térmico. Portanto, a questão central na ruptura térmica é a dissipação de calor. O design térmico é um aspecto crucial do design do produto.
(2) Decomposição Química
Sob alta tensão, um forte campo elétrico pode causar ionização por colisão de ar localizada perto de defeitos ou poros na superfície dielétrica ou dentro do dielétrico. Essa ionização causa brilho dielétrico, gerando substâncias químicas-ozônio e dióxido de carbono-que reduzem o desempenho do isolamento e levam a danos dielétricos.
(3) Avaria Elétrica
A ruptura elétrica ocorre quando um dielétrico é submetido a um forte campo elétrico, fazendo com que ele emita elétrons livres. Os elétrons livres aumentam rapidamente com o aumento da intensidade do campo elétrico, destruindo assim as propriedades isolantes do dielétrico. É evidente que a ruptura eléctrica é essencialmente causada pela acumulação de carga; portanto, evitar o acúmulo de carga pode evitar falhas elétricas.
3. Avaria e Descarga Eletrostática
(1) Descarga Eletrostática
Embora a descarga eletrostática e a descarga gerada por uma fonte de alimentação externa estável sejam causadas pelo acúmulo de carga, elas apresentam diferenças significativas. Primeiro, no caso de descarga eletrostática, a fonte de descarga é a carga espacial e, portanto, a sua energia armazenada é limitada, ao contrário de uma fonte de alimentação externa que tem a capacidade de descarregar continuamente. Assim, ele só pode fornecer energia para rupturas localizadas de curto-prazo. Embora a energia da descarga eletrostática seja relativamente pequena, sua forma de onda de descarga é muito complexa e difícil de controlar. A quebra suave de dispositivos semicondutores está relacionada a isso.
(2) Avaria Eletrostática
Danos por quebra de componentes causados por descarga eletrostática são o perigo mais comum e sério na indústria eletrônica, especialmente na fabricação e montagem de produtos eletrônicos. A descarga eletrostática pode causar avarias graves ou leves dos dispositivos. A falha grave é uma-falha permanente única do dispositivo, como um circuito aberto ou curto-circuito entre a saída e a entrada do dispositivo. Avarias leves podem degradar o desempenho dos componentes e reduzir suas especificações, criando potencial para falhas. Como a avaria leve causa o mau funcionamento intermitente dos circuitos (devido às especificações reduzidas) e é difícil de detectar, causa problemas significativos para a operação geral do sistema e solução de problemas. Durante uma falha leve, o equipamento ainda pode operar com uma “falha”, seu desempenho não mudou fundamentalmente e pode passar pela inspeção de fábrica, mas está sujeito a falhas novamente a qualquer momento. Múltiplas avarias leves podem levar a avarias graves, causando operação anormal do equipamento, resultando em perdas para os usuários, danos à reputação do fabricante e às vendas do produto e até mesmo perdas irreparáveis para o país.
4. Eletricidade Estática do Corpo Humano
Na produção industrial, uma das principais causas de danos aos componentes e interferência na operação normal de equipamentos eletrônicos é a descarga eletrostática do corpo humano. A descarga eletrostática do corpo humano pode causar choques elétricos e ferimentos, e também pode desencadear acidentes secundários (ou seja, danos aos componentes), portanto, deve ser levada a sério. A eletricidade estática é gerada pelo corpo humano convertendo a energia mecânica consumida durante o trabalho diário em energia elétrica. O corpo humano é um condutor estático. Quando isolado do solo (por exemplo, com sapatas feitas de material isolante), um capacitor é formado entre o corpo e o solo, armazenando carga elétrica. A tensão de carga é normalmente menor ou igual a 50kV.
Uma ação muito comum e sutil pode gerar uma tensão estática consideravelmente alta. Quando o corpo humano descarrega uma substância carregada, ele reage em graus variados; esta reação é chamada de sensibilidade ao choque elétrico. Embora um choque estático não cause grandes danos fisiológicos, pode afetar a saúde ou prejudicar o corpo.
O limite para lesões por choque elétrico é de 3,0kV. Além disso, tocar em dispositivos-sensíveis à estática com um corpo carregado pode danificá-los.
III. Tecnologia de controle-antiestático (medidas)
Com base nos princípios, perigos e leis de descarga eletrostática, os seguintes princípios podem ser seguidos para estabelecer medidas eficazes de controle anti{0}estático para evitar danos.
a) Incorporar controle eletrostático no projeto
b) Evitar o acúmulo de carga eletrostática e suprimir e reduzir a geração de eletricidade estática
c) Estabelecer um canal de descarga rápido e seguro
d) Detectar e monitorar a eficácia das medidas anti{0}estáticas
1. Incorporar controle eletrostático no projeto
(1) Design anti{1}}estático do ambiente de produção
O design anti{0}estático do ambiente de produção de produtos eletrônicos é a chave para o controle de ESD. O projeto é baseado na película isolante de componentes eletrônicos, na tensão de ruptura eletrostática de dispositivos sensíveis à eletrostática (ESDS) em toda a máquina e no desempenho anti{2}estático do equipamento de produção. Os fabricantes devem determinar um nível específico de controle de ESD, que é determinado pelos componentes mais sensíveis do processo de produção, e o ambiente de produção deve garantir a segurança desse nível. De acordo com DGJ08-83-2000 "Especificação Técnica para Engenharia Antiestática", o projeto de engenharia para controlar a eletricidade estática é especificamente dividido em três níveis: O padrão de nível 1 é que o valor absoluto do potencial eletrostático na sala de controle não seja superior a 100V; O padrão de nível 2 é que o valor absoluto do potencial eletrostático na sala de controle não seja superior a 200V; O padrão de nível 3 é que o valor absoluto do potencial eletrostático na sala de controle não seja superior a 1000V. Os locais aplicáveis para os padrões de classificação de engenharia antiestática são mostrados na Tabela 5 abaixo:
Como os danos causados pela eletricidade estática são invisíveis, a eliminação dos riscos de ESD requer prevenção como abordagem principal. Áreas protegidas eletrostáticas (EPAs) devem ser instaladas na área de trabalho. De acordo com IEC 1340-5-1 (1995) "Requisitos gerais para proteção de dispositivos eletrônicos", o principal requisito para EPAs é a ligação equipotencial, que conecta pessoas, materiais e superfícies de trabalho e os conecta eletricamente a um terreno comum para evitar diferenças de potencial entre diferentes objetos. Como a ESD não ocorre entre materiais que mantêm o mesmo potencial ou potencial zero, dispositivos ou placas de circuito propensos a ESD em um ambiente EPA são protegidos contra danos por ESD.