靜電的產(chǎn)生與靜電危害

靜電的產(chǎn)生與靜電危害1第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日ESD是什么ESD是代表英文ElectroStaticDischarge，即“靜電放電”的意思。ESD是本世紀(jì)中期以來形成的以研究靜電的產(chǎn)生與衰減、靜電放電模型、靜電放電效應(yīng)如電流熱（火花）效應(yīng)（如靜電引起的著火與爆炸）及和電磁效應(yīng)（如電磁干擾）等的學(xué)科。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用及電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，對靜電放電的電磁場效應(yīng)如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（EMC）問題越來越重視。2第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日靜電是如何產(chǎn)生的物質(zhì)都是由分子組成，分子是由原子組成，原子中有帶負(fù)電的電子和帶正電荷的質(zhì)子組成。在正常狀況下，一個(gè)原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)量相同，正負(fù)平衡，所以對外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。但是電子環(huán)繞于原子核周圍，一經(jīng)外力即脫離軌道，離開原來的原子兒而侵入其他的原子B，A原子因缺少電子數(shù)而帶有正電現(xiàn)象，稱為陽離子；B原子因增加電子數(shù)而呈帶負(fù)電現(xiàn)象，稱為陰離子。造成不平衡電子分布的原因即是電子受外力而脫離軌道，這個(gè)外力包含各種能量(如動(dòng)能、位能、熱能、化學(xué)能……等)在日常生活中，任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電。3第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日產(chǎn)生靜電的方式（一）當(dāng)兩個(gè)不同的物體相互接觸時(shí)就會使得一個(gè)物體失去一些電荷如電子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體使其帶正電，而另一個(gè)體得到一些剩余電子的物體而帶負(fù)電。若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會積累使物體帶上靜電。所以物體與其它物體接觸后分離就會帶上靜電。通常在從一個(gè)物體上剝離一張塑料薄膜時(shí)就是一種典型的“接觸分離”起電，在日常生活中脫衣服產(chǎn)生的靜電也是“接觸分離”起電。4第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日產(chǎn)生靜電的方式（二）固體、液體甚至氣體都會因接觸分離而帶上靜電。為什么氣體也會產(chǎn)生靜電呢？因?yàn)闅怏w也是由分子、原子組成，當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)分子、原子也會發(fā)生“接觸分離”而起電。所以在我們的周圍環(huán)境甚至我們的身上都會帶有不同程度的靜電，當(dāng)靜電積累到一定程度時(shí)就會發(fā)生放電。5第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日產(chǎn)生靜電的方式（三）我們都知道摩擦起電而很少聽說接觸起電。實(shí)質(zhì)上摩擦起電是一種接觸又分離的造成正負(fù)電荷不平衡的過程。摩擦是一個(gè)不斷接觸與分離的過程。因此摩擦起電實(shí)質(zhì)上是接觸分離起電。在日常生活，各類物體都可能由于移動(dòng)或摩擦而產(chǎn)生靜電：工作桌面、地板、椅子、衣服、紙張、卷宗、包裝材料、流動(dòng)空氣。6第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日產(chǎn)生靜電的方式（四）另一種常見的起電是感應(yīng)起電。除物體接觸后分離能起電外，當(dāng)帶電物體接近不帶電物體時(shí)會在不帶電的導(dǎo)體的兩端分別感應(yīng)出負(fù)電和正電，如下圖1所示。當(dāng)物體Ａ與Ｃ發(fā)生放電時(shí)會造成Ｃ與Ｂ之間放電，如下圖2所示。若Ｃ與Ｂ之間不發(fā)生放電，則Ｃ會帶上剩余的電荷，如下圖3所示。其它起電方式有：熱電和壓電起電、亥姆霍茲層、噴射起電等。 圖1 圖2 圖37第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日人體與靜電（一）環(huán)境濕度人體活動(dòng)RH10-20%RH65-90%在地毯上走動(dòng)35,000V15,000V在已烯樹脂地板上行走12,000V250V在工作臺上操作6,000V100V包說明書的已烯樹脂封皮7,000V600V從工作臺上拿普通塑料袋20,000V1,200V從墊有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起18,000V1,500V靜電電位8第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日人體與靜電（二）盡管攜帶了令人吃驚的靜電電位，但由于并未瞬間釋放，因此人體并無感覺。9第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日人體與靜電（三）電擊感覺是由于人體靜電瞬間釋放造成的雖然人體感覺不到1,000伏以下的靜電，可仍會成為生產(chǎn)線上各種事故的原因人體帶電量電擊程度1,000V完全沒有感覺3,000V感到刺痛5,000V手掌甚至手腕感到發(fā)麻7,000V手掌感到強(qiáng)烈疼痛、麻痹10,000V整個(gè)手都覺得痛，并且感到觸電12,000V感到整個(gè)手受到強(qiáng)烈沖擊10第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日電子器件的靜電破壞電壓大部分器件的靜電破壞電壓都在幾百至幾千伏，而在干燥的環(huán)境中人活動(dòng)所產(chǎn)生的靜電可達(dá)幾千伏到幾萬伏。器件類型靜電破壞電壓器件類型靜電破壞電壓VMoS30～1800OP-AMP190～2500M0SFET100～200JEFT140～1000GaAsFET100～300SCL680～1000PROM100STTL300～2500CMoS250～2000DTL380～7000HMOS50～500肖特基二極管300～3000E／DMOS200～1000雙極型晶體管380～7000ECL300～2500石英壓電晶體＜1000011第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日靜電對電子產(chǎn)品損害形式靜電的基本物理特性為：吸引或排斥，與大地有電位差而產(chǎn)生放電電流。這三種特性能對電子元件影響如下：靜電吸附灰塵，降低元件絕緣電阻(縮短壽命)。靜電放電破壞，使元件受損不能工作(完全破壞)。靜電放電電場或電流產(chǎn)生的熱使元件受傷(潛在損傷)靜電放電產(chǎn)生的電磁場幅度很大(達(dá)幾百伏/米)、譜極寬(從幾十兆到幾千兆)，對電子產(chǎn)器造成干擾甚至損壞(電磁干擾)12第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日靜電的危害靜電是時(shí)時(shí)刻刻到處存在的，但是在二十世紀(jì)40－50年代很少有靜電問題，因?yàn)槟菚r(shí)是晶體三極管和二極管，而所產(chǎn)生靜電也不如現(xiàn)在普遍存在。在60年代，隨著對靜電非常敏感的MOS器件的出現(xiàn)，靜電問題也出現(xiàn)了，到70年代靜電問題越來越來嚴(yán)重。80－90年代，隨著集成電路的密度越來越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越來越?。ㄎ⒚譥納米），其承受的靜電電壓越來越低。另一方面，產(chǎn)生和積累靜電的材料如塑料，橡膠等大量使用，使得靜電越來越普遍存在，僅美國電子工業(yè)每年因靜電造成的損失達(dá)幾百億美元，因此靜電破壞已成為電子工業(yè)的隱形殺手。是電子工業(yè)普遍存在的＂硬病毒＂，在某個(gè)時(shí)刻內(nèi)外因條件具備時(shí)就要發(fā)作。13第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日靜電破壞的特點(diǎn)隱蔽性人體不能直接感知靜電除非發(fā)生靜電放電,但是發(fā)生靜電放電人體也不一定能有電擊的感覺,這是因?yàn)槿梭w感知的靜電放電電壓為2~3KV,所以靜電具有隱蔽性。潛在性有些電子元器件受到靜電損傷后的性能沒有明顯的下降，但多次累加放電會給器件造成內(nèi)傷而形成隱患。因此靜電對器件的損傷具有潛在性。隨機(jī)性電子元件甚么情況下會遭受靜電破壞呢?可以這么說，從一個(gè)元件產(chǎn)生以后，一直到它損壞以前，所有的過程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產(chǎn)生也具有隨機(jī)動(dòng)性性。其損壞也具有隨機(jī)動(dòng)性性。復(fù)雜性靜電放電損傷的失效分析工作，因電子產(chǎn)品的精、細(xì)、微小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而費(fèi)時(shí)、費(fèi)事、費(fèi)錢，要求較高的技術(shù)并往往需要使用掃描電鏡等高精密儀器。即使如此，有些靜電損傷現(xiàn)象也難以與其他原因造成的損傷加以區(qū)別，使人誤把靜電損傷失效當(dāng)作其他失效。這在對靜電放電損害未充分認(rèn)識之前，常常歸因于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺地掩蓋了失效的真正原因。所以靜電對電子器件損傷的分析具有復(fù)雜性。14第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日產(chǎn)生靜電危害的制造過程元件制造過程在這個(gè)過程，包含制造，切割、接線、檢驗(yàn)到交貨。印刷電路版生產(chǎn)過程收貨、驗(yàn)收、儲存、插入、焊接、品管、包裝到出貨。設(shè)備制造過程電路板驗(yàn)收、儲存、裝配、品管、出貨。設(shè)備使用過程收貨、安裝、試驗(yàn)、使用及保養(yǎng)。設(shè)備維修過程在制造、使用、維修的整個(gè)過程中，元件都可能遭受靜電的影響。而實(shí)際上，最主要而又容易疏忽的一點(diǎn)卻是在元件的傳送與運(yùn)輸?shù)倪^程，其間不但包裝因移動(dòng)容易產(chǎn)生靜電外，而且整個(gè)包裝容易暴露在外界電場(如經(jīng)過高壓設(shè)備附近，工人移動(dòng)頻繁、車輛迅速移動(dòng)等)而受到破壞，所以傳送與運(yùn)輸過程需要特別注意以減少損失，避免無謂之糾紛。15第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日靜電敏感度為定量描述不同元件的相對敏感程度進(jìn)行分類。敏感層次分為多層次是為制定先進(jìn)的ESD防護(hù)措施提供原始資料，這些措施用于對更敏感器件的廣泛的防護(hù)。到目前為止，大部分敏感度試驗(yàn)都是以人體模型為根據(jù)以便使得結(jié)果與其它模型相關(guān)。試驗(yàn)大批管腳和極性的靜電放電是非常昂貴的。類別敏感電壓閥值（V）Ⅰ0~1999Ⅱ2000~3999Ⅲ4000~15999不敏感16000以上16第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日消除靜電的方法通過接地使靜電荷向大地釋放，不使靜電荷積累用離子風(fēng)機(jī)吹出相反電荷的離子風(fēng)進(jìn)行中和------------------------+++++++++17第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日人體靜電防護(hù)對于靜電來說人體是導(dǎo)體，所以可以對人體采取接地的措施使用防靜電地面/防靜電鞋/襪(靜電從腳導(dǎo)到大地)通過腳穿防靜電性地面、地墊、地毯，人員穿上防靜電鞋襪，形成組合接地。佩戴防靜電腕帶并接地(靜電從手導(dǎo)到大地)通過手用以泄放人體的靜電。它由防靜電松緊帶、活動(dòng)按扣、彈簧軟線．保護(hù)電阻及插頭或夾頭組成。松緊帶的內(nèi)層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織。上述兩項(xiàng)措施都是實(shí)用而有效的，應(yīng)視不同的場合選擇使用18第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日防靜電鞋與腕帶注意事項(xiàng)使用腕帶操作時(shí)不允許斷開，否則會失去接地作用。各種腕帶使用的主要問題是開路，有時(shí)是臨時(shí)性的，有時(shí)是長時(shí)間斷開，使失去接地作用。有的人因此使用腕帶檢測器測量其通斷狀態(tài)，有的用監(jiān)測儀器測量腕帶的開路及電阻變大。腕帶扣得不緊造成人體皮膚與腕帶的接觸電阻變大有些腕帶的電阻就是帶子本身的，當(dāng)帶觸及地時(shí)使其電阻大大減小，有可能因此造成對人體電擊的危險(xiǎn)。有些自稱是無線的腕帶，其效果遠(yuǎn)不如有線的好。腕帶應(yīng)用專門的帶插座的接地線與地連結(jié)，不能夾在桌面或桌邊的金屬體上，因?yàn)檫@些金屬體對地的電阻可能很大。要經(jīng)常檢查腕帶的電阻。防靜電鞋在穿用時(shí)應(yīng)有防靜電襪/鞋墊，并在防靜電地面上工作才能使人體所帶的靜電導(dǎo)到大地，任何一部分電阻過大或斷開都會使人體帶上危害的靜電。所以在重要的部門應(yīng)有人體電阻測試儀隨時(shí)檢測人體所穿的鞋/襪/鞋墊及與人體的總電阻是否能起到泄漏靜電的要求。19第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日防靜電鞋與腕帶的人體安全僅從防靜電的角度考慮時(shí)，人體總的對地電阻越小越好，但最小值受到安全方面的限制，人體必須具有一定值的對地電阻，以便萬一發(fā)生金屬設(shè)備或裝置與工頻電源短接的情況下該電阻能夠限制流過操作的人體上的電流。最小值不應(yīng)小于105Ω，通常腕帶的限流電阻在1MΩ，防靜電鞋的最小電阻應(yīng)不應(yīng)小于105Ω，最大不超過109Ω。20第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日靜電接地標(biāo)志21第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日防靜電包裝由具有導(dǎo)靜電的塑料材料制成。防靜電屏蔽材料(袋)：該種材料由基材、全屬鍍膜層和熱封層多層復(fù)合而成，通常是半透明的。這種袋體格低廉，使用很廣。還有一種又能防