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静电知识及静电防护(第一部分)
发布时间:2020-12-24 10:11浏览次数:

一、静电的产生

两种不同起电序列的材料通过摩擦、碰撞、剥离等方式,在接触又分离之后在一种物体上积聚正电荷 另一种物体上积聚等量的负电荷 从而产生了静电。

导体静电感应、压电效应、电磁辐射感应等也能产生很高的静电电压。随着工业生产和发展,新型合成材料、绝缘材料的使用越来越普遍,除了生产所需的高分子原材料外,还有如塑料的、涂漆的工作台面,塑料的水泥的地板或打蜡的木地板,木质的、塑料的、纤维的坐椅,人穿的化纤服装、尼龙袜、塑胶鞋,塑料的、橡胶的周转箱或包装材料,各种塑料的文件夹 绝缘的办公用品等等。它们在摩擦、分离过程中,不可避免地会产生静电荷,并且难以导出,聚集起来可达到很高的静电电位,一旦放电产生火花,就会成为引发事故的罪魁祸。

按照静电学上的分类 一般材料可分为三大类:

静电导体,电阻率10^6 Ω-cm

静电半导体,电阻率10^6Ω-cm ~ 10^10Ω-cm

静电绝缘体,  电阻率10^10Ω-cm

其中电阻率在电阻率 10^5Ω- cm ~ 10^9Ω-cm 的称为静电泄放体。而绝大部分合成材料的电阻率者大于10^10Ω-cm,因而是静电绝缘体。对于绝缘体而言,一旦产生静电,其本身几乎无放电的通路,使静电荷长期驻留积聚,电荷积聚到一定程度后,就可能随机放电造成危害。

二、静电源

在工作环境中,主要的静电源有:

人(移动静电源),人在活动时产生的静电电压从几千伏到几万伏不等。

在工作环境中,主要的静电源有:

地板、工作台面、鞋、服装、普通塑料包装袋、文件袋、泡沫包装盒、没有静电防护条件下直接插拨印制电路板、不接地电烙铁、吸锡器、绝缘材料制作的操作工具等。打印机、复印机、变压器、发电机等工作时也会产生感应静电。

三  人体带电电位与静电电击程度

人体电位 ()
电击程度
 
1000
完全无感觉
发出微弱的放电声
2000
手指外侧有感觉  但不疼
 
3000
有被针刺的感觉  徽疼
 
4000
有被针深刺的感觉  手指微疼
见到放电的微光
5000
从手掌到前腕感到疼
指尖延伸出微光
6000
手指感到剧疼  后腕感到沉重
 
7000
手指和手掌感到剧疼  稍有麻木感觉
 
8000
从手掌到前腕有麻木的感觉
 
9000
手腕子感到剧疼  手感到麻木沉重
 
10000
整个手感到疼  有电流过的感觉
 
11000
手指剧麻  整个手感到被强烈电击
 
12000
整个手感到被强烈地打击
 
 

四、静电的危害

随着大规模、超大规模集成电路的问世及其应用,人们逐渐发现,器件无缘无故地损坏或早期失效,是由于静电放电( ElectroStatic Discharge 简称 ESD)造成的。无论是静电电场,还是静电电流,都可能给器件造成致命的危害或潜在的损伤。

人体有感的静电放电 其电压一般约在 3000 伏以上 3000 伏以下的静电 人并无异常不适感觉  而对电子产品来说 仍具有很大的危害性  静电产生后会在周围形成静电场  会产生力学效应  放电效应及静电感应效应等几种效应 人员身体携带静电也会对其它物体放电。

在这几种效应中 静电的放电效应造成的危害最为严重  此种放电导致元器件的击穿破坏  或对系统造成破坏 无法正常运行  一般简称为 ESD 损害。

ESD 对元器件的损害后果导致 硬击穿  或  软击穿 ”

硬击穿

所谓“硬击穿”是一次性造成芯片内热二次击穿、金属喷键熔融、介质击穿、表面击穿、体积击穿等,使集成电路彻底损坏、永久性失效  当静电放电能量达到一定值时,足以引起塑劫集成电路的爆炸,使其芯片完全烧毁裸露,造成人身伤害、设备故障、耗费增加。

硬击穿特征明显,一般来说,可以在器件、组装件或插件板出厂交货之前检查出来。

软击穿

“软击穿(软失效) ”是造成器件的性能劣化或参数指标下降,但还没有完全损坏而形成隐患, 在最后质量检验中很难被发现。在使用时,静电造成的电路潜在损伤会使其参数变化、品质劣化、寿命降低,使设备运行一段时间后,随温度、时间、电压的变化,出现各种故障,不能正常工作,即“软失效”。

如果受损的芯片属于一些重要的控制系统,如网络中心控制系统、自动播出控制系统、生产调度控制中心电子作战指挥系统、自动导航系统、火箭发射控制系统等,其造成的危害有时是难以预料的,这潜在的损伤实际上具有更大危害,造成的直接和间接损失更为严重。

软击穿不易察觉,具有潜在隐蔽的特点,危害更大。

另外静电感应和静电放电时产生的电磁脉冲也有一定危害。静电放电一般产生频带为几百 KHz ~ 几十MHz 、电平高达几十毫伏的电磁脉冲干扰,可使静电敏感器件( Static Sensitive Device 简称 SSD)  破坏。

在静电危害的几种类型中,ESD 损害尤为突出,其突出特点是随机性和不易察觉性

人没有感觉到放电就已造成了静电损伤

不易被检测出来

有关资料证明,ESD 引起的器件损伤,90%为潜在性的软击穿损伤,10%为立即失效的损伤类型。

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