靜電ESD對(duì)電子制造業(yè)的危害
隨著工業(yè)的高速發(fā)展以及高分子材料的迅速推廣應(yīng)用，一些電阻率很高的高分子材料如塑料，橡膠等制品的廣泛應(yīng)用以及現(xiàn)代生產(chǎn)過程的高速化，使得靜電能積蓄到很高的程度。另一方面，靜電敏感材料的生產(chǎn)和使用，如輕質(zhì)油品，火藥，固態(tài)電子器件等，工礦企業(yè)部門受到靜電的危害也越來越突出，靜電危害造成了相當(dāng)嚴(yán)重的后果和損失。 據(jù)報(bào)道，日本曾統(tǒng)計(jì)，不合格的電子器件中有45％是靜電放電危害造成。在電子工業(yè)領(lǐng)域，全球每年因靜電造成的損失高達(dá)百億。
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，物體間的機(jī)械分離、與帶電的物體接觸或孤立導(dǎo)體上的靜電感應(yīng)作用，從而存在著大量的靜電現(xiàn)象。
紡織業(yè)中
在紡織工業(yè)中使用的自由端靜電紡紗，具有工藝流程短、產(chǎn)量高、噪音低、用電省、飛花少、織物耐磨性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，它利用靜電場(chǎng)將單纖維順直排列和凝聚，用加捻機(jī)加捻成紗。由于電暈放電、摩擦、接觸、極化、電離等方式，使紗織纖維帶有靜電位。例如棉花電位為-50V，人造絲電位為-100V，維尼綸電位為900V，尼龍電位為1.05kv。
橡膠工業(yè)中
在橡膠工業(yè)中，合成橡膠從苯槽中出來時(shí)，表面電荷密度達(dá)7×10-6C/m2，靜電位可達(dá)250 kv。橡膠壓延機(jī)壓出時(shí)，產(chǎn)品靜電位高達(dá)-80 kv。涂膠機(jī)的靜電位為-30 kv。
印刷和造紙工業(yè)中
在印刷和造紙工業(yè)中，紙離開輥筒時(shí)靜電位可達(dá)10~20 kv，經(jīng)過加光機(jī)達(dá)50 kv。印刷時(shí)，紙張靜電位可達(dá)1.0 kv，在照像凹板印刷的場(chǎng)合，紙張帶電密度為10-8~10-10C/ m2。
石油工業(yè)中
在石油工業(yè)中，汽油在金屬管道中流動(dòng)時(shí)帶負(fù)電荷，而管道帶正電荷，汽油流經(jīng)棉制品材料時(shí)電位為2.6 kv。槽車裝油時(shí)，油面電位高在10 kv以上。在石油精煉過程中，油品經(jīng)反復(fù)加壓、加熱、噴射、冷卻和壓送等工序，將使油料帶有大量電荷。油罐車在馬路上行駛時(shí)輪胎摩擦起電，油料本身由于搖晃也起電，油品經(jīng)過地閥門、泵、過濾器和其他截面改變之處劇烈起電，特別在過濾時(shí)起電電位很高。
運(yùn)車運(yùn)輸工業(yè)中
在汽車運(yùn)輸工業(yè)中，輪胎的電阻率為108~1011Ω.cm，在一般車速下可充電15~50 kv，甚至達(dá)100 kv。傳遞皮帶上帶電30~40 kv，濟(jì)高達(dá)80 kv。
塑料工業(yè)中
在塑料工業(yè)中，塑料制品表面電阻率為1016~1020Ω.cm，表面經(jīng)摩擦其電位可達(dá)1kv以上。賽璐璐相互摩擦?xí)r帶電電位高達(dá)40kv。
電子工業(yè)中
在電子工業(yè)中，由于產(chǎn)品的小型化。對(duì)靜電愈加敏感。器件加工中，摩擦起電、人體帶電、感應(yīng)起電都是靜電產(chǎn)生的重要方式。例如，操作者的人體與大地絕緣時(shí)，靜電位可高達(dá)1.5~35 kv.如此高的靜電位一旦放電,足以使靜電敏感電子元器件、組件和設(shè)備毀壞、受損、硬擊穿或軟擊穿，形成長(zhǎng)久性或暫時(shí)性失效，或突然失效和潛在失效，還可能因靜電放電產(chǎn)生寬帶雜波干擾信號(hào)，導(dǎo)致電子設(shè)備誤動(dòng)作或其他故障，下表為電子器件所能承受的靜電電壓。
1)硬損傷：又稱“突發(fā)性完全失效”“一次性損壞”約占10%。表現(xiàn)為器件電參數(shù)突然劣化，失去原有功能。主要原因是靜電放電造成過壓使得介質(zhì)被擊穿，或過流使得內(nèi)部電路金屬導(dǎo)線熔斷、硅片局部融化等。硬損傷可通過常規(guī)的性能測(cè)試手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)軟失效而言危害要小得多。 2)軟損傷：又稱“潛在性緩慢失效”“多次損傷累積后失效”約占90%。受到軟損傷的器件，雖然當(dāng)時(shí)各類電參數(shù)仍合格，然而其使用壽命卻大大縮短了。含有這些器件的產(chǎn)品或系統(tǒng)，可靠性變差，可能會(huì)在后續(xù)過程中（直至濟(jì)終用戶）繼續(xù)遭受ESD軟損傷或其它過應(yīng)力損傷積累而過早地失效。由于軟損傷是潛在的，運(yùn)用目前的技術(shù)還很難證明或檢測(cè)出來，特別是器件被裝入整機(jī)產(chǎn)品之后，因此具有更大的危害性。 靜電的基本物理特征：吸引與排斥的力量；與大地間有電位差；產(chǎn)生放電電流由于這些特征，靜電放電對(duì)半導(dǎo)體器件可能產(chǎn)生以下破壞： 3)引起過早失效的漏電流增加，擊穿電壓變化對(duì)器件的功能性破壞。盡管靜電敏感器件的內(nèi)部已進(jìn)行了保護(hù)處理，但這僅僅是當(dāng)電荷傳遞局限于一定尺寸和持續(xù)一定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行才有效。據(jù)有關(guān)檢測(cè)報(bào)告證明，靜電放電的損害往往只有1O％ 造成電子元器件當(dāng)時(shí)完全失效，通常表現(xiàn)為短路、開路以及參數(shù)的嚴(yán)重變化，超出其額定范圍，器件完全喪失了其特定的功能；另外的90％會(huì)潛伏下來，造成積累效應(yīng)。一般情況下，一次ESD還不足以引起器件立即完全失效，但元件內(nèi)部會(huì)存在某種程度的輕微損傷，通常表現(xiàn)為參數(shù)有小的偏差或漂移。潛在的失效并不明顯，因而極易被人們忽視。若這種元器件繼續(xù)工作，隨著ESD次數(shù)的增加，積累效應(yīng)就會(huì)越來越明顯，其損傷程度會(huì)加劇，濟(jì)終導(dǎo)致失效。 隨著大規(guī)模MOS電路及貼裝器件(SMD)的應(yīng)用和元器件工藝技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致對(duì)靜電放電(ESD)的能量敏感性增加，極易引起薄的絕緣層損壞而失效。各類半導(dǎo)體器件的靜電破壞電壓，如下表： 半導(dǎo)體器件的靜電破壞電壓
從以上表中可以了解到集成電路對(duì)靜電的敏感性，各種芯片不同之處就在于所能承受的靜電壓值不同。實(shí)際工作條件中，20 V的靜電電壓直接接觸器件就足以毀壞或降低其性能。
靜電對(duì)電子產(chǎn)品生產(chǎn)造成的危害
靜電對(duì)電子產(chǎn)品生產(chǎn)造成的危害主要有以下幾個(gè)方面。
1) 靜電吸附空氣中的灰塵，易造成器件引線間的短路；
2) 靜電放電破壞，使元件受損不能工作；
3) 靜電放電電場(chǎng)或電流產(chǎn)生的熱使元件受損；
4) 靜電放電的幅度很大，頻譜極寬(從幾十兆到幾千兆，迭幾百伏／米)的電磁場(chǎng)使電子產(chǎn)品受到電磁干擾而損壞。
5)靜電放電損害的產(chǎn)品返工、返修，增加生產(chǎn)費(fèi)用，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
綜上所述，靜電危害存在于電子產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。如果對(duì)生產(chǎn)過程中易受靜電損害的部位加以控制，就會(huì)使生產(chǎn)過程中的靜電危害程度限制在濟(jì)低程度。
靜電防護(hù)對(duì)策
（一）ESD控制的基本原則
1) 做好ESD防護(hù)設(shè)計(jì)：器件選型、合理布線、設(shè)計(jì)保護(hù)電路等。
2) 消除和減少靜電的產(chǎn)生：減少或消除靜電產(chǎn)生的過程、維持過程和材料處于等電勢(shì)等。
3) 使靜電荷瀉放與中和：使用靜電導(dǎo)體、接地、電離器來瀉放與中和靜電，如下圖
4) 保護(hù)產(chǎn)品免遭ESD傷害：使用防靜電材料包裝和儲(chǔ)運(yùn)。如下圖
（二）防靜電區(qū)設(shè)計(jì)原則
1) 抑制靜電荷的積累和靜電壓的產(chǎn)生。如設(shè)備、儀器、工裝不使用塑料、有機(jī)玻璃、普通塑料袋。
2) 可靠、迅速、有效地消除已產(chǎn)生的靜電荷，使用有繩防靜電腕帶、防靜電椅、防靜電周轉(zhuǎn)車、防靜電周轉(zhuǎn)箱。
3) 保證靜電壓小于100V。
（三）防靜電系統(tǒng)要素
1) 地面：防靜電地面（防靜電水磨石，防靜電地板）體電阻105～109Ω，敷設(shè)地線網(wǎng)。
2) 接地：
a、 防靜電工作區(qū)必須有可靠可靠的防靜電接地裝置，地電阻小于4Ω。防靜電地線不得與電源零線相接，不得與防雷地線共用，使用三相五線制供電時(shí)，其地線可以作防靜電地線。
b、工作臺(tái)面、地墊等
靜電造成的事故
1）1969年底在不到一個(gè)月的時(shí)間里，由于靜電放電（ESD）引發(fā)荷蘭、挪威、英國(guó)三艘20萬(wàn)噸超級(jí)油輪洗艙時(shí)相繼發(fā)生爆炸；
2）靜電放電曾使國(guó)際通訊衛(wèi)星及美國(guó)的阿尼克、歐洲航天局的航海通訊衛(wèi)星等數(shù)十顆衛(wèi)星發(fā)生故障，不能正常飛行；
3）頭個(gè)阿波羅載人宇宙飛船也是由于靜電放電導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸，使三名宇航員喪生。
4）我國(guó)在上個(gè)世紀(jì)中后期，石化企業(yè)曾發(fā)生30多起較大的靜電事故，如上海某石化公司的2000m3甲苯罐、山東齊魯某公司的膠渣罐、撫順某石化公司的航煤罐以及天津某公司的北倉(cāng)二罐站等都因靜電造成了嚴(yán)重的火災(zāi)爆炸事故。
靜電現(xiàn)象與我們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)。靜電技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)理論研究、信息工程、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)工程、大規(guī)模集成電路生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、生物技術(shù)、選礦和物質(zhì)分離、醫(yī)療衛(wèi)生**、食品保鮮、石油化工、紡織印染、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域。現(xiàn)正在形成一個(gè)新興的“靜電產(chǎn)業(yè)”。在此簡(jiǎn)單介紹幾種靜電技術(shù)的應(yīng)用，以期拋磚引玉。
農(nóng)業(yè)方面
靜電噴藥該技術(shù)應(yīng)用高壓靜電使霧滴充電，帶電的霧滴在靜電場(chǎng)作用下，快速、均勻飛向并吸附在作物上，減少了霧滴漂移，提高了農(nóng)藥在作物莖葉正反面、隱蔽部位的沉積率，增加了**與病蟲害接觸的機(jī)會(huì)，減少了藥液損失，降低了對(duì)環(huán)境的污染。
靜電育種大量實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)表明，靜電場(chǎng)具有生物效應(yīng)，能夠引起生物遺傳因子的明顯變化，是培育新品種的有效手段。
紡織、印染方面
靜電紡紗：靜電紡紗是利用靜電感應(yīng)原理，使纖維帶電，從而定向、凝聚、排列、伸直，并由加捻機(jī)加捻成紗的一種紡紗方法。
靜電植絨：靜電植絨是利用電荷同性相斥異性相吸的物理特性，使絨毛帶上負(fù)電荷，把需要植絨的物體放在零電位或接地條件下，絨毛受到異電位被植物體的吸引，呈垂直狀加速飛升到需要植絨的物體表面上，由于被植物體涂有膠粘劑，絨毛就被垂直粘在被植物體上，因此靜電植絨是利用電荷的自然特性產(chǎn)生的一種生產(chǎn)新工藝。
靜電復(fù)印：復(fù)印機(jī)利用了靜電吸附原理，具有簡(jiǎn)便、迅速、清晰、可擴(kuò)印和縮印，還可復(fù)印彩色原件等優(yōu)點(diǎn)。復(fù)印機(jī)的核心部件是有機(jī)光導(dǎo)體鼓（OPC）。它是一個(gè)金屬圓筒，表面涂覆有機(jī)光導(dǎo)體。沒有光照時(shí)OPC是絕緣體，受到光照時(shí)變成導(dǎo)體。工作流程：
1．照明和聚焦成像
復(fù)印前先通過機(jī)內(nèi)電路使有機(jī)光導(dǎo)體鼓在暗處帶電（甲）。復(fù)印時(shí)強(qiáng)光照在文件上，文件反射的光通過光學(xué)系統(tǒng)在鼓上成像，亮處的OPC層變成導(dǎo)體，所帶的電荷流失，暗處的電荷保留下來。這時(shí)在鼓上出現(xiàn)一個(gè)電荷組成的“潛像”（乙），肉眼不能看見。
2．靜電顯影
有機(jī)光導(dǎo)體鼓在轉(zhuǎn)動(dòng)，潛像經(jīng)過墨粉盒時(shí)，已經(jīng)帶相反電荷的墨粉被吸附在鼓表面帶電部位上，鼓表面的潛像變成了可見的像（丙）。
3．轉(zhuǎn)印和定影
有機(jī)光導(dǎo)體鼓繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過復(fù)印紙時(shí)把墨粉印在紙上，白紙變成了文件的副本。有機(jī)光導(dǎo)體鼓不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，文件就一頁(yè)一頁(yè)的復(fù)印出來了。墨粉是摻了樹脂膠的，復(fù)印件要加熱，墨粉才能長(zhǎng)久的粘在紙上（丁）。
工業(yè)方面
靜電除塵：氣體除塵方法的一種。利用靜電場(chǎng)使氣體電離為正離子和電子，電子奔向正極過程中遇到塵粒，使塵粒帶負(fù)電吸附到正極從而被收集。常用于以煤為燃料的工廠、電站，收集煙氣中的煤灰和粉塵。冶金中用于收集錫、鋅、鉛、鋁等的氧化物。
靜電分選：物料經(jīng)給料系統(tǒng)均勻散布在接地轉(zhuǎn)動(dòng)電極光滑表面上，帶電的物料與接地分選滾筒電極交換，兩種不同靜電性能不同的物料有差異。然后帶電的物料進(jìn)入分選區(qū)，在靜電力、重力、離心力等的合力下落。完成兩種不同電性物料的分離。應(yīng)用在選礦等方面。
靜電噴涂：靜電噴涂可用于工業(yè)的噴漆及敷粉。該技術(shù)使用某種方法使涂料粒子帶上靜電荷，并在被涂工件上加上相反的電壓，涂料粒子由于庫(kù)侖力的作用就被涂到工件上。這種方法可使涂料與工件表面結(jié)合得更牢固，而且工件表面凹陷部分也能均勻涂料。同傳統(tǒng)技術(shù)相比可以節(jié)約原料，降低成本。
醫(yī)療衛(wèi)生、食物保鮮方面
靜電**：電常溫**技術(shù)是我國(guó)科技工作者率先完成的一項(xiàng)新技術(shù)，其中包括電磁**和臭氧殺兩項(xiàng)技術(shù)。
電磁**技術(shù)是采用高壓靜電場(chǎng)和交變電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)對(duì)液體進(jìn)行靜電常溫**技術(shù)。它解決了傳統(tǒng)**方法難以克服的高溫**破壞水果汁、蔬菜汁、啤酒等飲料營(yíng)養(yǎng)成分的難題，**效率達(dá)到100％。
靜電臭氧**技術(shù)主要是指靜電臭氧發(fā)生技術(shù)。過去是采用點(diǎn)發(fā)電技術(shù)，臭氧發(fā)生量很少現(xiàn)在采用的是面放電技術(shù)，臭氧的發(fā)生量增加幾十倍。因此，成率迅速降低。臭氧是一種強(qiáng)氧化物，可用于****。臭氧有凈化空氣、消除臭味之功效。國(guó)際上正在進(jìn)行工業(yè)自來水臭氧**技術(shù)的研究試驗(yàn)，用以取代化學(xué)**方法。
