静电在生产中的危害及防护措施

陈冬冬

摘要：静电是自然界中一种常见的物理现象，静电并不是静止的电，是宏观上暂时停留在某处的电。静电的产生方式有多种，静电会对生产、人体带来危害，在有些危险的场所，微弱的静电火花便可能引起迅猛的火灾和强烈的爆炸，只有了解静电所带来的危害，才能更好地去做好防护。

关键词：静电； 静电放电； 静电防护

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）09-2236-02

1 静电的产生及静电放电

静电对于大多数人来讲是一种熟悉的现象，在2000多年前，古希腊学者泰勒斯就发现琥珀经过摩擦可以吸引麦秆的碎屑，这就是摩擦起电现象。摩擦产生的电荷是静电的一种，从那时候起，人们对静电已经司空见惯了。

1.1 静电现象

1）摩擦起电实例

当用一块丝绸布使劲地将一根玻璃棒擦几下，然后将玻璃棒凑近原来不带电的纸屑时，就会发现纸屑被玻璃棒吸了起来，这种现象称为摩擦起电现象。

实际上，玻璃棒因摩擦而发热，发热的结果加速了原子中电子的运动，使得一部分电子从组成玻璃棒的原子中逃逸出来了，从而使玻璃棒呈现带电状态。失去电子的玻璃棒就失去了电平衡，它总是力图从别的地方抓回它失去的电子，以保持其原来的电平衡状态，于是玻璃棒周围的纸屑便成为其猎取电子的对象。

当玻璃棒凑近纸屑时，一方面带正电的玻璃棒企图尽力吸引纸屑原子中的带负电的电子，另一方面，纸屑原子的原子核又紧紧地拉住自己的电子不放，这样相互作用的结果，使整片纸屑便被玻璃棒吸了起来。

2）静电对MOS器件的放电破坏实例

静电放电现象还会使MOS器件烧坏，所以在安装它们时必须特别小心。当带正电荷的物体靠近MOS型管栅极引线端时，正电荷就把电子吸引到栅极引线的端头，在栅极的极板上留下了正电荷，通过静电感应，在衬底硅片上就产生了负电荷，于是在栅极与衬底之间的氧化膜上产生了电位差。

因为MOS型管子的输入电容很小，由公式U = Q∕C可以看出，少量的电荷就会在氧化膜上产生一个相当大的电压。所以，MOS管在安装过程中，很容易由于静电原因而损坏。

3）衣服上的静电放电实例

冬天，由于天气干燥，人们穿羊毛服饰、脱毛衣时，便可以听见“噼噼啪啪”的放电声音，这也是静电放电现象。这种静电放电有时能对人体皮肤有刺痛感，在黑暗的地方还可能看到放电的闪光，这时静电电压一般大于3kV。其原因是衣服与衣服之间的摩擦以及衣服与人体之间的摩擦产生静电荷，然后通过“人体∕衣服∕大地”系统放电。

通过上述实例可以看到，静电是一种电能，它存在于物体表面，是正负电荷在局部失衡时产生的一种现象。静电现象指的是电荷在产生与消失所表现的现象的总称。

1.2 静电的产生方式

1）接触分离起电

任何两种不同材质的物体接触后分离，即可产生静电。当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷使其带上正电，而另一个得到电子的物体带负电，若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电，所以物体与其他物体接触后分离就会带上静电。

2）摩擦起电

摩擦起电是一个机械过程，依靠相对表面移动传送电量。传送的电量取决于接触的次数、表面粗糙度、湿度、接触压力以及相对运动速度。

3）感应起电

针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于电场中，由于同性相斥、异性相吸，正负离子就会转移，出现电荷重新分布，这就形成感应起电。由于静电感应和感应起电，可能在导体或人体上产生很高的电压，可能导致火花放电的危害性。

1.3 静电放电

静电放电（ESD，Electro Static Discharge）是两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电场感应引起两物体之间的静电电荷的转移。

静电放电的形式有两种。其一，若该物体与地短接，将引起对地的放电，形成放电电流。其二，当静电电场的能量达到一定程度后，击穿其间介质也产生放电的现象。例如，当人体手持金属物（例如一把钥匙）接近一导电物体时，如果气隙上的电压梯度足够高而使气隙击穿，则人体电荷将通过电火花转移到那个物体上。

2 静电放电（ESD）带来的危害

1）引起火灾和爆炸

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），从而可引发爆炸和火灾。

发生爆炸和火灾的基本条件是：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。

2）给人以电击

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。

当静电电压为3kV左右时，人体即有明显的电击感。静电电击不是电流持续通过人体的电击，是静电放电造成的瞬间冲击的电击，电击的严重程度取决于电流的大小、通过的时间、人体特征、人体健康状况和人体精神状况等。

要特别注意的是，人体可能因静电电击受惊而坠落或摔倒，造成二次事故。

3）妨碍生产

在某些生产过程中，如果不消除静电，将会妨碍生产或降低产品质量，尤其是在半导体器件和集成电路生产行业。

例如，一般静电敏感器件能承受的静电放电电压仅几百伏，最好的也只在3kV以下，而人体对2kV以下的放电毫无知觉，因此静电放电对元器件的损伤很可能是在不知不觉中发生的。

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火花引起的，静电放电火花产生的电磁脉冲，被仪器设备接收，导致错误翻转，又称间断失效。

致命失效：就是永久失效，是由于有某种程度损坏的静电放电敏感的器件受工作应力和时间的影响进一步引起性能降低，直致失效。

3 静电的防护措施

3.1 静电防护的基本思想

生产过程中静电防护的指导思想是，在可能产生静电的地方阻止静电的积累，迅速可靠地泄放已存在的电荷。

3.2 静电防护的措施

1）静电防护的基本要求

①生产过程中要尽量防止静电的产生。

②防止静电场，在可能产生静电的地方阻止静电的积累，迅速可靠而又有控制地泄放存在的电荷。

③防止由于与带电的人或带电的物体接触而引起的直接放电。

④绝缘体上静电采用中和法。

⑤为使静电放电人员安全，整个防护系统的泄漏电流不允许超过5mA。

⑥运动或感应而带电的设备，其导电部分必须进行接地，不包括安装时的接地。

⑦利用工具操作或修理有带静电危险的设备时，工具应接地。

2）人员的管理

①操作人员要经静电知识培训，考试合格后持证上岗。

②设置防静电工作区，并应有明显的标志。

③操作人员要穿戴防静电工作服、防静电鞋，并带好腕带。

④元器件在包装盒上要有明确的防静电放电的标志，除外在组装车间应有明显的防静电标志，有关部门应制订放电敏感谢器件的操作规则。

3）防静电操作系统

防静电操作系统由工作台、限流电阻与台垫等组成，台垫的材料要采用静电防护材料，不得用绝缘材料。

因测量仪器是使用交流电源的，为防止人员触电必须使安全电流小于5mA。

3.3 防静电性能的检测周期及注意事项

防静电台垫、地板、工作鞋、工作服等应至少每月检测一次，防静电手环、风枪、风机、仪器等应每天检测一次，检测时，须考虑受检场所的温度、湿度等因素。

参考文献：

[1] 蔡建国.电子设备结构与工艺[M].武汉：湖北科学技术出版社，2006.

[2] 樊会灵.电子产品工艺[M].北京：机械工业出版社，2010.