静电及静电放电的危害

三、静电及静电放电的危害

静电及静电放电有四方面的危害，即

(1)引起爆炸和火灾;

(2)给人以电击;

(3)妨碍生产;

(4)对电子产品的影响。

1.引起爆炸和火灾

在带有静电物质附近，若产生超过物体容许的击穿场强，则会发生静电放电(ESD)。静电放电(ESD)可引发爆炸和火灾。发生爆炸和火灾的基本条件:

(1)工艺过程中产生并积累足够的静电，以致局部电场强度超过电介质的击穿场强，发生静电放电，产生火花;

(2)现场有爆炸性混合物，且其浓度在该混合物爆炸极限之内;

(3)静电火花有一定大小，火花能量超过爆炸性混合物的最小引燃能量。如人在地毯上行走，则人体会带上3 000～5 000V的静电。他身上若发生静电放电(ESD)，则一般要消耗200～400μJ的静电能，这个放电能量足以点燃氢气、丙烷、甲烷、汽油等可燃物质。电子工厂使用各种可燃。易爆性气体，尤其在半导体器件制造过程中需充分注意。有资料报道，在起火的可燃性物质中蒸汽占65%，人体占10%，人体起火事故多由衣着引起。

2.给人以电击

当带电人体与接地导体之间发生放电或带电体与人体之间发生放电时，放电电量达到20～30μC(C是电量大小的单位:库仑)，人就有被电击的感觉。这就是发生电击的界限。用电量来作为极限值不太方便，根据Q= CU的关系，可得出电压和电容界限，如图2－66所示(该图放电电量按20～30μC绘制的)。

图2－66　感觉电击的电压

当人体电容为90pF时，不同电压下静电电击的程度如表2－18所示。

从表2－18中可看出，当静电电压为3kV左右时，人体即有明显的电击感。静电电击是由于带静电的人体发生放电，电流从人体流向地或是带电体向人体发生放电，电流流动产生的。静电电击不是电流持续通过人体的电击，是静电放电(ESD)造成的瞬间冲击的电击，电击的严重程度决定于电流大小，通过时间和时刻、通电途径以及人体特征、人体健康状况和人体精神状况等。通过人体静电放电(ESD)的能量在一定程度上取决于人体电容的大小，而人体电容与人体位置、人体姿势、鞋、地面等情况有关。

特别要注意，人体可能因静电电击受惊而坠落或摔倒，造成二次事故等。

3.妨碍生产

在某些生产过程中。如不消除静电，将会妨碍生产或降低产品质量。尤其是半导体器件和集成电路生产行业。有资料报道，由于静电放电(ESD)引起的失效，在不太了解静电危害之前，造成集成电路每年报废损失达上百亿美元左右，如西安某厂每年集成电路生产因静电产生的损耗达15%以上，但在采取防静电措施后损耗几乎下降到零。

表2－18　静电电击时人体的反应

众所周知，集成电路生产车间的操作工人都穿洁净工作服，静电的作用极易吸附尘埃，尘埃被带到操作现场将影响成品率，使成品率下降。如果吸附灰尘粒子的半径大于100μm，当铝条的宽度约100μm，薄膜厚度在50μm以下时，最容易使产品报废。静电的作用还会出现内衣缠身，毛发直立等现象，将影响操作人员的情绪和注意力的集中。

4.对电子产品的影响

静电放电(ESD)不但可以使电子线路硬失效(永久失效)，而且也可以引起间断失效或翻转失效(软失效)。

翻转失效:可能是靠近设备的静电放电(ESD)火花引起的。静电放电(ESD)火花产生的电磁脉冲，被仪器设备接收，导致错误翻转。静电放电(ESD)通过电容或电感耦合，或静电放电(ESD)通过某一信号通道直接放电，产生的干扰也会出现翻转。

致命失效:致命失效就是永久失效。如果设备在运行过程中出现翻转失效，随时也会发生致命失效。某些致命的静电放电(ESD)失效在静电放电(ESD)作用后某一段时间内，可能不会立刻出现，称为潜在失效。这是由于有某种程度损坏的静电放电敏感(ESDS)的器件受工作应力和时间的影响进一步引起性能降低，直至失效。某种类型器件对这种潜在失效敏感，有些类型则易被误认为翻转失效。例如:静电放电(ESD)可穿透SiO₂介质层，导致铝条或层短路，然而连续的短路大电流可使铝汽化，把短路断开从而又能正常工作。这种失效如果在设备运行时出现，也许同翻转失效混淆。由静电放电(ESD)引起的损害将是一种潜在的故障，可能要降低设备或器件的工作寿命。对静电放电(ESD)翻转敏感的器件大致是某些逻辑电路系列:如NMOS、PMOS、CMOS和小功率TTL。