靜電在生產(chǎn)中的危害及防護措施

陳冬冬

摘要：靜電是自然界中一種常見的物理現(xiàn)象，靜電并不是靜止的電，是宏觀上暫時停留在某處的電。靜電的產(chǎn)生方式有多種，靜電會對生產(chǎn)、人體帶來危害，在有些危險的場所，微弱的靜電火花便可能引起迅猛的火災和強烈的爆炸，只有了解靜電所帶來的危害，才能更好地去做好防護。

關鍵詞：靜電； 靜電放電； 靜電防護

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）09-2236-02

1 靜電的產(chǎn)生及靜電放電

靜電對于大多數(shù)人來講是一種熟悉的現(xiàn)象，在2000多年前，古希臘學者泰勒斯就發(fā)現(xiàn)琥珀經(jīng)過摩擦可以吸引麥稈的碎屑，這就是摩擦起電現(xiàn)象。摩擦產(chǎn)生的電荷是靜電的一種，從那時候起，人們對靜電已經(jīng)司空見慣了。

1.1 靜電現(xiàn)象

1）摩擦起電實例

當用一塊絲綢布使勁地將一根玻璃棒擦幾下，然后將玻璃棒湊近原來不帶電的紙屑時，就會發(fā)現(xiàn)紙屑被玻璃棒吸了起來，這種現(xiàn)象稱為摩擦起電現(xiàn)象。

實際上，玻璃棒因摩擦而發(fā)熱，發(fā)熱的結果加速了原子中電子的運動，使得一部分電子從組成玻璃棒的原子中逃逸出來了，從而使玻璃棒呈現(xiàn)帶電狀態(tài)。失去電子的玻璃棒就失去了電平衡，它總是力圖從別的地方抓回它失去的電子，以保持其原來的電平衡狀態(tài)，于是玻璃棒周圍的紙屑便成為其獵取電子的對象。

當玻璃棒湊近紙屑時，一方面帶正電的玻璃棒企圖盡力吸引紙屑原子中的帶負電的電子，另一方面，紙屑原子的原子核又緊緊地拉住自己的電子不放，這樣相互作用的結果，使整片紙屑便被玻璃棒吸了起來。

2）靜電對MOS器件的放電破壞實例

靜電放電現(xiàn)象還會使MOS器件燒壞，所以在安裝它們時必須特別小心。當帶正電荷的物體靠近MOS型管柵極引線端時，正電荷就把電子吸引到柵極引線的端頭，在柵極的極板上留下了正電荷，通過靜電感應，在襯底硅片上就產(chǎn)生了負電荷，于是在柵極與襯底之間的氧化膜上產(chǎn)生了電位差。

因為MOS型管子的輸入電容很小，由公式U = Q∕C可以看出，少量的電荷就會在氧化膜上產(chǎn)生一個相當大的電壓。所以，MOS管在安裝過程中，很容易由于靜電原因而損壞。

3）衣服上的靜電放電實例

冬天，由于天氣干燥，人們穿羊毛服飾、脫毛衣時，便可以聽見“噼噼啪啪”的放電聲音，這也是靜電放電現(xiàn)象。這種靜電放電有時能對人體皮膚有刺痛感，在黑暗的地方還可能看到放電的閃光，這時靜電電壓一般大于3kV。其原因是衣服與衣服之間的摩擦以及衣服與人體之間的摩擦產(chǎn)生靜電荷，然后通過“人體∕衣服∕大地”系統(tǒng)放電。

通過上述實例可以看到，靜電是一種電能，它存在于物體表面，是正負電荷在局部失衡時產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。靜電現(xiàn)象指的是電荷在產(chǎn)生與消失所表現(xiàn)的現(xiàn)象的總稱。

1.2 靜電的產(chǎn)生方式

1）接觸分離起電

任何兩種不同材質(zhì)的物體接觸后分離，即可產(chǎn)生靜電。當兩個不同的物體相互接觸時就會使得一個物體失去一些電荷使其帶上正電，而另一個得到電子的物體帶負電，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，所以物體與其他物體接觸后分離就會帶上靜電。

2）摩擦起電

摩擦起電是一個機械過程，依靠相對表面移動傳送電量。傳送的電量取決于接觸的次數(shù)、表面粗糙度、濕度、接觸壓力以及相對運動速度。

3）感應起電

針對導電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如將其置于電場中，由于同性相斥、異性相吸，正負離子就會轉(zhuǎn)移，出現(xiàn)電荷重新分布，這就形成感應起電。由于靜電感應和感應起電，可能在導體或人體上產(chǎn)生很高的電壓，可能導致火花放電的危害性。

1.3 靜電放電

靜電放電（ESD，Electro Static Discharge）是兩個具有不同靜電電位的物體，由于直接接觸或靜電場感應引起兩物體之間的靜電電荷的轉(zhuǎn)移。

靜電放電的形式有兩種。其一，若該物體與地短接，將引起對地的放電，形成放電電流。其二，當靜電電場的能量達到一定程度后，擊穿其間介質(zhì)也產(chǎn)生放電的現(xiàn)象。例如，當人體手持金屬物（例如一把鑰匙）接近一導電物體時，如果氣隙上的電壓梯度足夠高而使氣隙擊穿，則人體電荷將通過電火花轉(zhuǎn)移到那個物體上。

2 靜電放電（ESD）帶來的危害

1）引起火災和爆炸

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，則會發(fā)生靜電放電（ESD），從而可引發(fā)爆炸和火災。

發(fā)生爆炸和火災的基本條件是：①工藝過程中產(chǎn)生并積累足夠的靜電，以致局部電場強度超過電介質(zhì)的擊穿場強發(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。

2）給人以電擊

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，電流流動產(chǎn)生的。

當靜電電壓為3kV左右時，人體即有明顯的電擊感。靜電電擊不是電流持續(xù)通過人體的電擊，是靜電放電造成的瞬間沖擊的電擊，電擊的嚴重程度取決于電流的大小、通過的時間、人體特征、人體健康狀況和人體精神狀況等。

要特別注意的是，人體可能因靜電電擊受驚而墜落或摔倒，造成二次事故。

3）妨礙生產(chǎn)

在某些生產(chǎn)過程中，如果不消除靜電，將會妨礙生產(chǎn)或降低產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是在半導體器件和集成電路生產(chǎn)行業(yè)。

例如，一般靜電敏感器件能承受的靜電放電電壓僅幾百伏，最好的也只在3kV以下，而人體對2kV以下的放電毫無知覺，因此靜電放電對元器件的損傷很可能是在不知不覺中發(fā)生的。

4）對電子產(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：可能是靠近設備的靜電放電火花引起的，靜電放電火花產(chǎn)生的電磁脈沖，被儀器設備接收，導致錯誤翻轉(zhuǎn)，又稱間斷失效。

致命失效：就是永久失效，是由于有某種程度損壞的靜電放電敏感的器件受工作應力和時間的影響進一步引起性能降低，直致失效。

3 靜電的防護措施

3.1 靜電防護的基本思想

生產(chǎn)過程中靜電防護的指導思想是，在可能產(chǎn)生靜電的地方阻止靜電的積累，迅速可靠地泄放已存在的電荷。

3.2 靜電防護的措施

1）靜電防護的基本要求

①生產(chǎn)過程中要盡量防止靜電的產(chǎn)生。

②防止靜電場，在可能產(chǎn)生靜電的地方阻止靜電的積累，迅速可靠而又有控制地泄放存在的電荷。

③防止由于與帶電的人或帶電的物體接觸而引起的直接放電。

④絕緣體上靜電采用中和法。

⑤為使靜電放電人員安全，整個防護系統(tǒng)的泄漏電流不允許超過5mA。

⑥運動或感應而帶電的設備，其導電部分必須進行接地，不包括安裝時的接地。

⑦利用工具操作或修理有帶靜電危險的設備時，工具應接地。

2）人員的管理

①操作人員要經(jīng)靜電知識培訓，考試合格后持證上崗。

②設置防靜電工作區(qū)，并應有明顯的標志。

③操作人員要穿戴防靜電工作服、防靜電鞋，并帶好腕帶。

④元器件在包裝盒上要有明確的防靜電放電的標志，除外在組裝車間應有明顯的防靜電標志，有關部門應制訂放電敏感謝器件的操作規(guī)則。

3）防靜電操作系統(tǒng)

防靜電操作系統(tǒng)由工作臺、限流電阻與臺墊等組成，臺墊的材料要采用靜電防護材料，不得用絕緣材料。

因測量儀器是使用交流電源的，為防止人員觸電必須使安全電流小于5mA。

3.3 防靜電性能的檢測周期及注意事項

防靜電臺墊、地板、工作鞋、工作服等應至少每月檢測一次，防靜電手環(huán)、風槍、風機、儀器等應每天檢測一次，檢測時，須考慮受檢場所的溫度、濕度等因素。

參考文獻：

[1] 蔡建國.電子設備結構與工藝[M].武漢：湖北科學技術出版社，2006.

[2] 樊會靈.電子產(chǎn)品工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.