三、靜電及靜電放電的危害

靜電及靜電放電有四方面的危害，即

(1)引起爆炸和火災(zāi);

(2)給人以電擊;

(3)妨礙生產(chǎn);

(4)對(duì)電子產(chǎn)品的影響。

1.引起爆炸和火災(zāi)

在帶有靜電物質(zhì)附近，若產(chǎn)生超過物體容許的擊穿場強(qiáng)，則會(huì)發(fā)生靜電放電(ESD)。靜電放電(ESD)可引發(fā)爆炸和火災(zāi)。發(fā)生爆炸和火災(zāi)的基本條件:

(1)工藝過程中產(chǎn)生并積累足夠的靜電，以致局部電場強(qiáng)度超過電介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)，發(fā)生靜電放電，產(chǎn)生火花;

(2)現(xiàn)場有爆炸性混合物，且其濃度在該混合物爆炸極限之內(nèi);

(3)靜電火花有一定大小，火花能量超過爆炸性混合物的最小引燃能量。如人在地毯上行走，則人體會(huì)帶上3 000～5 000V的靜電。他身上若發(fā)生靜電放電(ESD)，則一般要消耗200～400μJ的靜電能，這個(gè)放電能量足以點(diǎn)燃?xì)錃?、丙烷、甲烷、汽油等可燃物質(zhì)。電子工廠使用各種可燃。易爆性氣體，尤其在半導(dǎo)體器件制造過程中需充分注意。有資料報(bào)道，在起火的可燃性物質(zhì)中蒸汽占65%，人體占10%，人體起火事故多由衣著引起。

2.給人以電擊

當(dāng)帶電人體與接地導(dǎo)體之間發(fā)生放電或帶電體與人體之間發(fā)生放電時(shí)，放電電量達(dá)到20～30μC(C是電量大小的單位:庫侖)，人就有被電擊的感覺。這就是發(fā)生電擊的界限。用電量來作為極限值不太方便，根據(jù)Q= CU的關(guān)系，可得出電壓和電容界限，如圖2－66所示(該圖放電電量按20～30μC繪制的)。

圖2－66　感覺電擊的電壓

當(dāng)人體電容為90pF時(shí)，不同電壓下靜電電擊的程度如表2－18所示。

從表2－18中可看出，當(dāng)靜電電壓為3kV左右時(shí)，人體即有明顯的電擊感。靜電電擊是由于帶靜電的人體發(fā)生放電，電流從人體流向地或是帶電體向人體發(fā)生放電，電流流動(dòng)產(chǎn)生的。靜電電擊不是電流持續(xù)通過人體的電擊，是靜電放電(ESD)造成的瞬間沖擊的電擊，電擊的嚴(yán)重程度決定于電流大小，通過時(shí)間和時(shí)刻、通電途徑以及人體特征、人體健康狀況和人體精神狀況等。通過人體靜電放電(ESD)的能量在一定程度上取決于人體電容的大小，而人體電容與人體位置、人體姿勢、鞋、地面等情況有關(guān)。

特別要注意，人體可能因靜電電擊受驚而墜落或摔倒，造成二次事故等。

3.妨礙生產(chǎn)

在某些生產(chǎn)過程中。如不消除靜電，將會(huì)妨礙生產(chǎn)或降低產(chǎn)品質(zhì)量。尤其是半導(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)行業(yè)。有資料報(bào)道，由于靜電放電(ESD)引起的失效，在不太了解靜電危害之前，造成集成電路每年報(bào)廢損失達(dá)上百億美元左右，如西安某廠每年集成電路生產(chǎn)因靜電產(chǎn)生的損耗達(dá)15%以上，但在采取防靜電措施后損耗幾乎下降到零。

表2－18　靜電電擊時(shí)人體的反應(yīng)

眾所周知，集成電路生產(chǎn)車間的操作工人都穿潔凈工作服，靜電的作用極易吸附塵埃，塵埃被帶到操作現(xiàn)場將影響成品率，使成品率下降。如果吸附灰塵粒子的半徑大于100μm，當(dāng)鋁條的寬度約100μm，薄膜厚度在50μm以下時(shí)，最容易使產(chǎn)品報(bào)廢。靜電的作用還會(huì)出現(xiàn)內(nèi)衣纏身，毛發(fā)直立等現(xiàn)象，將影響操作人員的情緒和注意力的集中。

4.對(duì)電子產(chǎn)品的影響

靜電放電(ESD)不但可以使電子線路硬失效(永久失效)，而且也可以引起間斷失效或翻轉(zhuǎn)失效(軟失效)。

翻轉(zhuǎn)失效:可能是靠近設(shè)備的靜電放電(ESD)火花引起的。靜電放電(ESD)火花產(chǎn)生的電磁脈沖，被儀器設(shè)備接收，導(dǎo)致錯(cuò)誤翻轉(zhuǎn)。靜電放電(ESD)通過電容或電感耦合，或靜電放電(ESD)通過某一信號(hào)通道直接放電，產(chǎn)生的干擾也會(huì)出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。

致命失效:致命失效就是永久失效。如果設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)失效，隨時(shí)也會(huì)發(fā)生致命失效。某些致命的靜電放電(ESD)失效在靜電放電(ESD)作用后某一段時(shí)間內(nèi)，可能不會(huì)立刻出現(xiàn)，稱為潛在失效。這是由于有某種程度損壞的靜電放電敏感(ESDS)的器件受工作應(yīng)力和時(shí)間的影響進(jìn)一步引起性能降低，直至失效。某種類型器件對(duì)這種潛在失效敏感，有些類型則易被誤認(rèn)為翻轉(zhuǎn)失效。例如:靜電放電(ESD)可穿透SiO₂介質(zhì)層，導(dǎo)致鋁條或?qū)佣搪?，然而連續(xù)的短路大電流可使鋁汽化，把短路斷開從而又能正常工作。這種失效如果在設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)，也許同翻轉(zhuǎn)失效混淆。由靜電放電(ESD)引起的損害將是一種潛在的故障，可能要降低設(shè)備或器件的工作壽命。對(duì)靜電放電(ESD)翻轉(zhuǎn)敏感的器件大致是某些邏輯電路系列:如NMOS、PMOS、CMOS和小功率TTL。