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!静电测量和防护讲座#

第五讲　静电的危害

北京中北创新科技发展有限公司(100089)

静电有三方面的危害,易引起爆炸和火灾;对人产生静电电击;影响生产。

1.易引起爆炸和火灾

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

1)工艺过程中产生并积聚足够的静电,以至局部电场强度超过电介质的击穿场强,发生放电,产生静电火花;

2)现场存在着爆炸性混合物,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3～5kV 的静电。若发生静电放电(ESD),则一般要消耗200～400L J 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。对于电子工厂常使用各种可燃、易爆性气体,尤其在半导体工艺中,需引起充分注意。据资料报道,在起火的可燃性物质中的蒸气占65%,人体占10%,人体起火事故多由衣着引起。

对于静电引起的爆炸和火灾,以炼油、化工、橡胶、造纸、印刷、粉末加工等行业事故最多。以输送、装卸、搅拌、喷射、开卷和卷缠、涂层、研磨等工艺过程事故最多。

就事故发生的季节,以气候干燥的冬季事故较多;而比较潮湿的夏、秋两季事故较少。

2.对人体产生静电电击

当带电人体与接地导体之间发生放电或带电体图1　感觉电击的电压

与人体之间发生放电时,放电电量达到20～30L C,人就有被电击的感觉。这即是发生电击的界限。不易用电量来作为极限值,根据Q =CU 的关

系,可得出电压和电容界

限,如图3所示。图中放电电量是按20～30L C 绘制的。当人体电容为90pF 时,不同电压下静电电击的程度如表1所示。

从表1中可看出,当静电电压为3kV 左右时,

人体即有明显的电击感。静电电击的产生是由带静电的人体产生放电,电流从人体流向接地或是由于带电体向人体发生放电,电流流向人体而引起的。

表1　静电电击时人体的反应

电压/kV 能量/mJ 电击程度

122.53456789101112

0.0450.180.2810.4050.721.1251.622.2052.883.6454.55.4456.48

没有感觉

手指外侧有感觉,但不疼痛放电部位有针刺感、轻微冲击感,

但不疼痛

有轻微和中等针刺痛感

手指轻微疼痛,有较强的针刺痛感手掌乃至手腕前部有电击疼痛感手指剧痛,手腕后部有强烈电击感

手指、手掌剧痛,有麻木感手掌乃至手腕前部有麻木感手腕剧痛,手部严重麻木整个手剧痛,有电流通过感

手指剧烈麻木,整个手有强烈电击感由于强烈电击,整个手有强烈打击感

静电电击不是电流持续通过人体,而是由静电放电(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、通电途径、电流种类以及人体特征、人体健康状况和精神状况等。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、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坠落或摔倒,造成二次事故等。

3.影响生产

在某些生产过程中,如不消除静电,将会影响生产或降低产品质量。尤其是半导体器件和微电路生产行业,由于静电放电(ESD )会引起器件失效。有资料报道,由于对静电危害了解不够,造成集成电路每年报废损失达上百亿美元左右。如上海某厂每年集成电路损耗达15%以上,在采取防静电措施后损耗几乎下降为零。

众所周知,集成电路生产车间的操作工人需穿洁净工作服,因为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100L m,当铝条的宽度约100L m,薄膜厚度在50L m 以下时,则最容易使产品报废。由于静电的作用还会使衣服裹缠,毛发直立等

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现象,将影响操作人员的情绪和注意力的集中。

静电放电(ESD)不但可以使电子线路硬失效,且可引起间断失效或翻转失效。

1)翻转失效:可能是靠近设备的静电放电(ESD)火花引起的。由静电放电(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)是由电容、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。

2)致命失效: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,这是由于静电放电(ESD)引起的对器件的电感应力造成的。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。这是因为在某种程度上损坏的静电放电(ESD)敏感的器件,引起性能进一步降低,直到致命失效需要一定的工作应力和时间。只有某种类型期间似乎对这种潜在失效过敏,有些类型的致命静电放电(ESD)失效会被误认为翻转失效。例如:静电放电(ESD)可穿透SiO2介质层导致铝短路,然而连续的短路大电流可使铝汽化,使短路断开。这种失效如果在设备运行时出现则易与翻转失效混淆,由静电放电(ESD)引起的损害将是一种潜在的故障,可能会降低设备的使用寿命。

对静电放电(ESD)翻转的敏感器件大致是某些逻辑电路系列,如NM OS、PM OS、CM OS和小功率T T L。(待续)　

责任编辑　修

2002年上半年行业展会预告

时　间 展会名称 地点

3月6～9日 第二届国际仪器仪表及工业自动化展览会 济南

3月12～16日 第二届国际数控机床展览会 上海

3月26～29日 第三届福建国际机床及模具技术设备展览会 福州

3月28～30日 第二届中国机床工具(重庆)展览会 重庆

3月28～30日 广州国际铸造、锻压及工业炉展览会 广州

4月1～4日 第六届华南国际模具工业技术及设备展览会 深圳

4月10～13日 第三届国际数控机床暨模具技术设备展览会 长春

4月17～20日 长春国际汽车工艺装备展览会 长春

4月22～25日 国防工业铸、锻、焊、热处理工艺技术改造研讨会 无锡

5月10～14日 第九届中国国际模具技术和设备展览会 上海

5月11～14日 2002东莞机床、模具展览会 东莞

6月19～23日 第六届中国机床工具商品展览交易会 北京

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