靜電ESD對電子制造業(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)報道，日本曾統(tǒng)計，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，它利用靜電場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，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，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，紙離開輥筒時靜電位可達(dá)10~20 kv，經(jīng)過加光機(jī)達(dá)50 kv。印刷時，紙張靜電位可達(dá)1.0 kv，在照像凹板印刷的場合，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時帶負(fù)電荷，而管道帶正電荷，汽油流經(jīng)棉制品材料時電位為2.6 kv。槽車裝油時，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，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，形成長久性或暫時性失效，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，導(dǎo)致電子設(shè)備誤動作或其他故障，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)的性能測試手段及時發(fā)現(xiàn)，相對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)一定的時間內(nèi)進(jìn)行才有效。據(jù)有關(guān)檢測報告證明，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)就會越來越明顯，其損傷程度會加劇，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。
靜電對電子產(chǎn)品生產(chǎn)造成的危害
靜電對電子產(chǎn)品生產(chǎn)造成的危害主要有以下幾個方面。
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。如果對生產(chǎn)過程中易受靜電損害的部位加以控制，就會使生產(chǎn)過程中的靜電危害程度限制在濟(jì)低程度。
靜電防護(hù)對策
（一）ESD控制的基本原則
1) 做好ESD防護(hù)設(shè)計：器件選型、合理布線、設(shè)計保護(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運(yùn)。如下圖
（二）防靜電區(qū)設(shè)計原則
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，其地線可以作防靜電地線。
b、工作臺面、地墊等
靜電造成的事故
1）1969年底在不到一個月的時間里，由于靜電放電（ESD）引發(fā)荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時相繼發(fā)生爆炸；
2）靜電放電曾使國際通訊衛(wèi)星及美國的阿尼克、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）我國在上個世紀(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)等各個領(lǐng)域。現(xiàn)正在形成一個新興的“靜電產(chǎn)業(yè)”。在此簡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，減少了藥液損失，降低了對環(huán)境的污染。
靜電育種大量實驗研究數(shù)據(jù)表明，靜電場具有生物效應(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。復(fù)印機(jī)的核心部件是有機(jī)光導(dǎo)體鼓（OPC）。它是一個金屬圓筒，表面涂覆有機(jī)光導(dǎo)體。沒有光照時OPC是絕緣體，受到光照時變成導(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。這時在鼓上出現(xiàn)一個電荷組成的“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，潛像經(jīng)過墨粉盒時，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，經(jīng)過復(fù)印紙時把墨粉印在紙上，白紙變成了文件的副本。有機(jī)光導(dǎo)體鼓不停地轉(zhuǎn)動，文件就一頁一頁的復(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)是我國科技工作者率先完成的一項新技術(shù)，其中包括電磁**和臭氧殺兩項技術(shù)。
電磁**技術(shù)是采用高壓靜電場和交變電場、靜磁場和交變磁場對液體進(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。國際上正在進(jìn)行工業(yè)自來水臭氧**技術(shù)的研究試驗，用以取代化學(xué)**方法。
