julio 30, 2020

Mecanismos de descarga electrostática

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La descarga electrostática y los daños que esta produce son un problema importante para los procesos de fabricación industrial que no solo pueden dañar la producción y las máquinas, sino que también pone en peligro a los trabajadores.

Por ello, hemos cubierto este tema a través de varios artículos explicando cómo podemos ayudar a las fábricas, especialmente en la industria electrónica, en la prevención de descargas electrostáticas (ESD):

Para completar esta secuencia de artículos, hoy explicaremos los mecanismos de descarga electrostática en la industria electrónica.

Mecanismos

El fallo electrostático es un fenómeno en el que los componentes electrónicos como los circuitos integrados (IC) son destruidos por la electricidad estática. Los daños causados por la electricidad estática se producen por una descarga electroestática debido al alto voltaje que fluye temporalmente a través de los circuitos integrados.

Cuando ocurre ESD en la capa aislante de óxido de silicio, que es una película delgada, se produce una ruptura de los circuitos integrados (ICs) dejando el circuito inservible.

En los últimos años, los componentes electrónicos se han vuelto más livianos y pequeños, aumentando así, su sensibilidad a la electricidad estática.

En particular, los semiconductores de óxido de metal (MOS) pierden su función como semiconductores al aplicarles un voltaje de aproximadamente 80 a 100 V.

 

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Para hacernos una idea, el cuerpo siente dolor con una descarga electrostática cuando el voltaje es de aproximadamente 3000 V. Esto da una idea de lo pequeño que es el voltaje capaz de dañar los semiconductores. De hecho, en algunos casos, como cuando la película de óxido está incompleta, los daños se pueden producir incluso a voltajes inferiores de los mencionados.

Hoy en día, a medida que los dispositivos semiconductores se vuelven circuitos más pequeños y complejos, los espacios y tamaño de los elementos también se reducen siendo menos resistentes a descargas electrostáticas. Por esta razón, los fabricantes requieren medidas más sofisticadas para controlar la generación de carga estática.

Semiconductores

Nombramos algunos de los daños más comunes debido a descargas electroestáticas en relación con los semiconductores:

  1. Al despegar la rejilla de la oblea: debido a la carga de exfoliación que ocurre durante la transferencia y extracción de la oblea.
  2. Al pelar la película protectora del sustrato: debido a la electrificación que ocurre cuando se pela una película protectora de un sustrato de vidrio de cristal líquido.
  3. Pelado de la lámina durante el montaje del chip: debido a la electrificación por desprendimiento que ocurre cuando las virutas se recogen de la oblea.

Objetos con carga electrostática que causan la descarga

Los trabajadores, el equipo y los elementos semiconductores en sí mismos pueden considerarse como objetos cargados con posibilidad de producir una descarga electrostática.

Para implementar la solución correcta para prevenir ESD, hay 3 modelos de prueba existentes:

  1. El modelo del cuerpo humano (HBM): cuando un trabajador cargado descuidadamente acerca un dedo a un elemento semiconductor, se produce una descarga electrostática entre un terminal del elemento y el dedo. Además, debido a que los humanos se mueven y realizan diversas tareas, adquieren carga extremadamente fácil.
  2. El modelo de máquina (MM): el dispositivo se carga cuando entra en contacto con un conductor cargado. Al estar el dispositivo conectado a tierra se provoca una falla electrostática.
  3. El modelo de dispositivo cargado (CDM): el circuito de un dispositivo semiconductor se carga y se descarga cuando un terminal del dispositivo se acerca a un conductor cercano, lo que provoca una falla electrostática en un circuito interno.

Modelo de cuerpo humano (HBM)

El dispositivo se carga cuando una persona con carga electrostática toca el dispositivo. En los casos en los que el dispositivo está conectado a tierra, la corriente de descarga fluye a través del circuito, causando una falla electrostática.

De esta manera, el modelo de descarga de la carga electrostática externa al dispositivo semiconductor se denomina «modelo de carga del cuerpo humano».

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La cantidad de carga liberada por el cuerpo humano cargado es grande, y la energía de descarga es extremadamente grande en comparación con la descarga que puede resistir un material aislante.

2. Modelo de máquina (MM)

Si el objeto cargado electrostáticamente es un dispositivo, se llama «modelo de máquina».

Si el equipo utilizado en el proceso de fabricación no está conectado a tierra, los conductores también se cargarán. En el momento en que el cuerpo cargado toca el terminal externo del dispositivo semiconductor, la corriente eléctrica fluye a través del dispositivo causando una falla.

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3. Modelo de dispositivo cargado (CDM)

Incluso si el personal y la maquinaria están adecuadamente protegidos contra la electricidad estática, existe la posibilidad de que ocurra la destrucción inducida por ESD durante la producción y el ensamblaje de dispositivos semiconductores.

Esto se debe a daños por descarga electrostática cuando un dispositivo ya está cargado, y se llama «modelo de dispositivo cargado».

 

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En este modelo de descarga el dispositivo se carga por fricción en la superficie del dispositivo semiconductor. Como resultado, los conductores tales como circuitos y cables provocan la inducción electrostática por un campo eléctrico externo. En este estado, si el cable está conectado a tierra, el campo eléctrico interno cambiará abruptamente y la corriente de descarga fluirá, causando una falla en el dispositivo.

¿Qué soluciones ofrece IKEUCHI?

Como se ha mencionado más arriba los componentes electrónicos son cada vez más pequeños, por lo tanto, se requieren medidas más sofisticadas para ayudar a los fabricantes a prevenir daños por descargas electrostáticas en la producción.

Por esta razón los ingenieros de la niebla «The Fog Engineers», hemos estudiado la solución óptima para prevenir descargas electrostáticas (ESD) aportando humedad en el entorno de trabajo. Nuestro humidificador de niebla seca “Dry Fog” sin mojado ofrece la solución óptima para estaciones de trabajo sensibles o en los casos que se quiera disminuir el número de errores de montaje.

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Alejandro DURA – IKEUCHI EUROPE B.V.