Mesures anti-statiques dans les salles propres

1. Génération et dangers de l'électricité statique

L'électricité statique est le résultat du mouvement d'électrons au sein d'un matériau ou entre des matériaux (y compris la polarisation et la conduction). Lorsque deux matériaux différents entrent en contact ou sont séparés par une très courte distance (par exemple, 10 à 25 cm), les électrons traversent l'interface grâce à l'effet tunnel quantique, entraînant un échange d'électrons. Lorsque l'équilibre est atteint, une différence de potentiel se forme entre les matériaux, entraînant la création de charges positives et négatives égales de part et d'autre de l'interface. Si les matériaux sont séparés après contact, ils porteront des charges égales mais opposées. Tel est le principe fondamental de la génération d'électricité statique.

L'électricité statique est principalement générée de trois manières :

• Charge triboélectrique : Lorsque deux matériaux différents entrent en contact ou frottent l'un contre l'autre, les électrons se transfèrent du matériau possédant une capacité plus faible de rétention des électrons vers celui qui a une capacité plus forte, entraînant une charge positive pour l'un et une charge négative pour l'autre.

• Charge Conductrice : Dans les conducteurs, les électrons se déplacent librement à la surface. Lorsqu'un conducteur entre en contact avec un objet chargé, des électrons se transfèrent jusqu'à ce qu'un équilibre des charges soit atteint, entraînant l'apparition d'électricité statique.

• Charge Inductive : Lorsqu'un conducteur est placé dans un champ électrostatique externe, les électrons se redistribuent en raison de la répulsion entre charges identiques et de l'attraction entre charges opposées, provoquant un déséquilibre des charges et l'apparition d'électricité statique.

D'après les principes et méthodes de base de la génération d'électricité statique, il est clair que de nombreuses étapes dans la production et la fabrication de produits électroniques courants peuvent générer de l'électricité statique. Pendant la fabrication électronique, les opérateurs, les postes de travail, les outils, les composants et l'emballage peuvent tous se charger. Partout où existe de l'électricité statique, un événement de décharge électrostatique (ESD) peut se produire. Les principaux risques incluent un courant de décharge instantané induisant du bruit dans les circuits et provoquant des fluctuations des potentiels de masse de référence (par exemple, la masse du produit, la masse du signal), perturbant ainsi le fonctionnement normal des circuits.

Les dangers de l'électricité statique présentent des caractéristiques spécifiques par rapport à la foudre ou aux interférences électromagnétiques :

• Caractère caché : Les événements ESD sont souvent imperceptibles pour l'humain, mais les composants peuvent être endommagés sans que l'on s'en aperçoive.

• Latence et effet cumulatif : Certains composants peuvent subir une dégradation des performances après exposition aux décharges électrostatiques sans défaillance immédiate, mais ils pourraient tomber en panne ultérieurement pendant l'utilisation.

• Aléa : Les décharges électrostatiques peuvent survenir à n'importe quelle étape — production, fabrication ou maintenance — et lors du contact avec tout objet chargé, ce qui les rend très imprévisibles.

• Complexité : Les dommages causés par les décharges électrostatiques sont souvent confondus avec d'autres types de pannes, entraînant des diagnostics erronés.

Pour l'assemblage de produits électroniques, l'électricité statique affecte gravement la qualité, le rendement et la fiabilité des produits. Des mesures anti-statiques systématiques doivent être mises en œuvre dans les salles propres afin de minimiser les risques liés aux décharges électrostatiques pendant la production.

2. Protection contre l'électricité statique

La protection efficace contre l'électricité statique repose généralement sur trois principes de base :

1. Réduire ou empêcher l'accumulation de charges électrostatiques.

2. Établir des chemins de décharge électrostatique sûrs.

3. Mettre en place des systèmes de surveillance électrostatique nécessaires et efficaces.

2.1 Système de mise à la terre

Un système de mise à la terre robuste est essentiel pour empêcher l'accumulation de charges et fournir des chemins de décharge sûrs. La mise à la terre électrostatique consiste à relier des objets chargés ou susceptibles de générer de l'électricité statique (non isolants) à la terre par l'intermédiaire de conducteurs, afin de maintenir leur potentiel identique à celui du sol. Cela accélère le déplacement et l'évacuation des charges, permettant ainsi de libérer efficacement les charges statiques et d'en empêcher l'accumulation.

2.2 Contrôle de l'environnement

La génération et l'importance de l'électricité statique sont étroitement liées à l'humidité de l'environnement et à la concentration d'ions dans l'air. Le potentiel électrostatique est inversement proportionnel à l'humidité. Dans des environnements ultra-propres tels que les salles blanches, une faible concentration d'ions facilite davantage la génération d'électricité statique.

La même action peut générer des tensions électrostatiques différentes d'un ordre de grandeur selon les niveaux d'humidité. Toutefois, une humidité excessivement élevée n'est pas recommandée, car elle peut provoquer de la condensation sur les équipements. L'humidité devrait être maintenue dans une plage raisonnable, telle que 30 % à 75 %.

3. Surveillance électrostatique

Une humidité élevée peut réduire l'électricité statique à des niveaux imperceptibles pour l'homme, mais elle peut néanmoins endommager des composants sensibles. La bonne approche consiste à reconnaître qu'une humidité élevée inhibe la génération d'électricité statique, tandis qu'une humidité faible l'accentue. Pour les produits nécessitant une maîtrise stricte de l'électricité statique, au-delà des mesures protectrices traditionnelles, il est nécessaire de surveiller et d'enregistrer la génération d'électricité statique. Des solutions pratiques incluent des systèmes de contrôle d'accès anti-statiques et des systèmes de surveillance en ligne de l'électricité statique en temps réel.

3.1 Système de contrôle d'accès anti-statique

Afin de contrôler l'électricité statique à la source, des systèmes de contrôle d'accès anti-statiques sont mis en place dans les zones critiques. Ces systèmes vérifient si le personnel entrant dans les zones contrôlées contre l'électricité statique dispose des mesures ou équipements anti-statiques appropriés. Les modules fonctionnels comprennent :

• Vérification de l'identité et des permissions

• Test des bracelets anti-statiques et des chaussures

• Panneaux de contrôle des niveaux

Pour améliorer l'efficacité, dans les environnements nécessitant une haute propreté, le système de contrôle d'accès peut être intégré à des systèmes de douches à air. En intégrant les signaux d'accès au système de contrôle des portes de la douche à air, la validité des équipements anti-statiques est garantie dès l'entrée du personnel dans la zone de travail.

3.2 Système de surveillance électrostatique en temps réel en ligne

Dans la fabrication électronique en général, les testeurs électrostatiques sont couramment utilisés pour vérifier les bracelets anti-statiques des employés. Pour se conformer à l'ISO 9001, les résultats sont souvent marqués manuellement sur des formulaires. Cependant, si un bracelet anti-statique tombe en panne pendant l'opération, ou si une partie du système de mise à la terre devient déconnectée, il est difficile de détecter immédiatement la panne.

Pour résoudre ce problème, certaines usines électroniques intègrent des modules de surveillance en temps réel dans leurs systèmes de mise à la terre. En exploitant l'intégrité du circuit de mise à la terre, le système déclenche un signal lumineux rouge (et éventuellement une alarme sonore) si une partie du circuit est ouverte ou présente une résistance excessivement élevée (par exemple, >10 Ω). Ce système permet une surveillance en temps réel et élimine ainsi le besoin de tenir des registres papier fastidieux et formels.