武文娟

(西安航天精密機(jī)電研究所,陜西西安 710100)

1 靜電的產(chǎn)生

1.1 摩擦產(chǎn)生靜電

靜電是一種特殊的現(xiàn)象,當(dāng)物體表面的正電荷與負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)難以保持在平衡狀態(tài)下時(shí),就產(chǎn)生了靜電現(xiàn)象,從本質(zhì)上看,電子或者離子的轉(zhuǎn)移是引起靜電現(xiàn)象的直接原因。對于兩個(gè)相互絕緣的物體而言,相互之間因?yàn)榇嬖谥欢ǖ哪Σ磷饔昧?伴隨著摩擦作用力的產(chǎn)生,一個(gè)物體中的部分電子會(huì)轉(zhuǎn)移至另一物體表面,電子的轉(zhuǎn)移使得該物體失去了部分電子,帶上了“正電荷”,而另一個(gè)物體因?yàn)榈玫搅穗娮?帶上了“負(fù)電荷”,這種電子轉(zhuǎn)移引起了靜電現(xiàn)象[1]。因此,接觸摩擦是引起靜電現(xiàn)象的一大原因,同樣是靜電的一大類型,現(xiàn)實(shí)生活中,塑料、地毯、化纖織物、紙張等由于其材料性質(zhì)的特殊性,相互之間存在摩擦或者與人之間的摩擦,產(chǎn)生了一定量的靜電荷。

除了不同物質(zhì)之間的相互接觸摩擦?xí)a(chǎn)生靜電現(xiàn)象,相同物質(zhì)之間的相互接觸摩擦同樣會(huì)造成一定的靜電現(xiàn)象,比如,金屬和非金屬之間同樣會(huì)存在摩擦。從根本上看,靜電現(xiàn)象下的靜電能量大小除了與物質(zhì)本身的特點(diǎn)有關(guān)外,更是與材料表面的清潔程度、環(huán)境條件、接觸壓力等各種因素有著直接的關(guān)系[2]。

1.2 感應(yīng)產(chǎn)生靜電

現(xiàn)實(shí)生活中的靜電現(xiàn)象還表現(xiàn)為一種感應(yīng)靜電,就是當(dāng)導(dǎo)體或者電介質(zhì)處于一定的靜電場條件下時(shí),會(huì)出現(xiàn)明顯的感應(yīng)起電現(xiàn)象。當(dāng)帶靜電的物體附近有導(dǎo)體分布的情況下,因?yàn)榇嬖陟o電場的作用力,也就加劇了導(dǎo)體極化,而極化以后的電介質(zhì)在電力線方向相對的兩面出現(xiàn)了大小相同、極性相反的感應(yīng)電荷,也就同步伴隨著靜電現(xiàn)象的發(fā)生,這一類靜電現(xiàn)象的產(chǎn)生過程如圖1所示。

圖1 靜電感應(yīng)現(xiàn)象Fig.1 Electrostatic induction

2 靜電對電子元件的危害

吸引或者排斥是靜電的基本物理特性,靜電與大地之間存在著明顯的電位差,該電位差的存在使得靜電現(xiàn)象發(fā)生的同時(shí)出現(xiàn)了一定的放電電流,靜電的這些物理特性使得靜電現(xiàn)象對于電子元器件的危害性相對較大[3]。從本質(zhì)上來看,靜電現(xiàn)象對電子元器件的危害具體表現(xiàn)在以下方面:靜電在吸附灰塵的同時(shí),使得線路之間的阻抗發(fā)生了明顯的變化,電子元器件的性能和使用壽命都難以維持最佳狀態(tài);靜電放電現(xiàn)象對電子元器件造成了一定的損傷,雖然在些微損壞的情況下電子元器件依舊可以正常使用,但是其使用壽命卻大大縮短;靜電放電過程中的電磁場幅度異常變化,使電子元器件存在著嚴(yán)重的電磁干擾。

針對靜電現(xiàn)象對電子元器件造成的損傷和危害,根據(jù)危害程度,可能是永久性的也可能是短暫性的,既可以是突發(fā)性的也可以是潛在性的。相比較而言,靜電放電對電子元器件的損傷最大,也是影響電子元器件正常使用的直接原因。一般情況下,人們更多地認(rèn)為CMOS類晶片對靜電是最為敏感的,事實(shí)上,對于集成度非常高的電子元器件而言,其對于靜電現(xiàn)象同樣具有極高的敏感性。隨著技術(shù)的日漸進(jìn)步,集成電路元器件表現(xiàn)出線路縮小、耐壓降低、線路面積減小的特點(diǎn),正是因?yàn)殡娮釉骷倪@些特點(diǎn),使得各類電子元器件的耐靜電沖擊能力相對較差,靜電放電對電子元器件的使用造成了巨大的干擾。此外,隨著生產(chǎn)生活領(lǐng)域塑料制品的廣泛使用,這些高絕緣材料增加了靜電現(xiàn)象的出現(xiàn)頻次,再加上日常生活中的走動(dòng)、空氣流動(dòng)或者搬運(yùn)等,均可能會(huì)出現(xiàn)靜電現(xiàn)象,對電子元器件造成的危害是非常大的,因此,為避免電子元器件由靜電現(xiàn)象而引起失效,應(yīng)重視靜電防護(hù)。

3 電子元器件的靜電防護(hù)措施

由于靜電對電子元器件的危害是非常大的,因此,為提高電子產(chǎn)品的靜電防護(hù)能力,使得電子產(chǎn)品具備極高的能力來應(yīng)對靜電損傷,就需要在電子元器件的設(shè)計(jì)、加工、裝配、測試、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié),參與到這些環(huán)節(jié)的全部人員都應(yīng)該具備極高的防靜電意識(shí),對各個(gè)崗位人員做好靜電防護(hù)知識(shí)的普及和推廣[4]。電子元器件靜電防護(hù)應(yīng)從以下方面來開展:

3.1 導(dǎo)體帶靜電的防護(hù)

電子元器件的有關(guān)部位出現(xiàn)靜電現(xiàn)象的幾率較高,在靜電防護(hù)過程中,針對可能出現(xiàn)或者已經(jīng)出現(xiàn)靜電現(xiàn)象的導(dǎo)體部位,如生產(chǎn)線、設(shè)備、儀表外殼等,因?yàn)檫@些部分出現(xiàn)靜電現(xiàn)象的幾率較高,且危害較大,為了消除靜電危害,可以在這些部位提供相應(yīng)的通道來使得靜電得以快速泄放,這種方式也就是接地處理。一般情況下,良好的接地處理可以給靜電提供對應(yīng)的泄放通道,使得在帶電體中的靜電荷可以經(jīng)由該通道泄出并導(dǎo)入大地,基于接地處理的一系列流程,即使出現(xiàn)了靜電現(xiàn)象,泄放通道的存在可以使得靜電放電對電子元器件的損傷大大減小。電子元器件的防靜電處理中,在條件允許的情況下,可以通過防靜電接地線的單獨(dú)布設(shè),來將防靜電接地線與電源接地線隔離開來,將需要進(jìn)行防靜電的導(dǎo)體直接連接于防靜電地線上。

3.2 非導(dǎo)體帶靜電的防護(hù)

一些靜電現(xiàn)象是在絕緣體上發(fā)生的,這種情況下的靜電防護(hù)方面,因?yàn)殡姾蔁o法在絕緣體上流動(dòng),因此,常規(guī)的接地處理的方式無法實(shí)現(xiàn)有效的靜電防護(hù),為解決這一情況下的靜電問題,電荷中和的方法更為合適。比如,通過離子風(fēng)扇的使用,就可以大大減小靜電危害,在離子風(fēng)扇的運(yùn)行過程中,伴隨著一定的正、負(fù)離子產(chǎn)生,而這些正、負(fù)離子實(shí)現(xiàn)靜電的中和。根據(jù)電荷中和法的技術(shù)原理,如果靜電現(xiàn)象難以通過接地泄放的方式來實(shí)現(xiàn)防護(hù),就可以采用電荷中和法,比如,高速貼片接頭等部位,電荷中和法的防靜電效果十分理想。此外,靜電消除劑的使用同樣可以實(shí)現(xiàn)靜電防護(hù),絕緣物體表面的靜電可以利用靜電消除劑反復(fù)擦洗來降低靜電的發(fā)生概率。

靜電放電與溫度、濕度等環(huán)境因素也存在著緊密的聯(lián)系,在同一大氣環(huán)境條件下,溫度偏低區(qū)域的濕度要高于溫度偏高地區(qū)的濕度,濕度偏大的情況下,非導(dǎo)體材料表面的電導(dǎo)率也相對偏大,空氣導(dǎo)電性能的增大使得原先在絕緣物體表面上積累的靜電荷可以在非常短的時(shí)間內(nèi)泄露出去。因此,根據(jù)這一變化關(guān)系,在環(huán)境溫度越低的情況下,濕度越大,靜電現(xiàn)象發(fā)生的幾率也相對較低,靜電防護(hù)相對簡單。當(dāng)靜電防護(hù)過程中面臨的是存在靜電威脅的場所,在條件允許的情況下,基于環(huán)境溫度和濕度等與靜電現(xiàn)象之間的關(guān)系,可以通過增加濕度、降低溫度的方式來實(shí)現(xiàn)靜電防護(hù),這種環(huán)境溫度和濕度控制的靜電防護(hù)手段相對簡單,且整體的成本投入相對較低。

靜電屏蔽同樣十分有效,對于一些易出現(xiàn)靜電現(xiàn)象的設(shè)備、部件和儀器而言,選用靜電屏蔽的方法更為有效。在利用靜電屏蔽法進(jìn)行靜電防護(hù)的過程中,主要利用的是導(dǎo)體在靜電場中的靜電平衡性,當(dāng)使用相應(yīng)的屏蔽設(shè)備切斷了靜電源與敏感元器件之間的耦合路徑以后,也就實(shí)現(xiàn)了對靜電現(xiàn)象的預(yù)防與控制。在電子元器件的搬運(yùn)、輸送過程中,為通過靜電屏蔽的方式進(jìn)行靜電防護(hù),可以將這些電子元器件放置于三層結(jié)構(gòu)的防靜電屏蔽袋或者屏蔽盒內(nèi)。防靜電屏蔽袋或者屏蔽盒內(nèi)層采用的是低起電材料所制成的,在使用的過程中可以對摩擦起電起到一定的抑制作用。導(dǎo)電的中間金屬層一般使用的是鋁箔材料,經(jīng)由地面、桌子、料架等以接地點(diǎn)之間可靠連接,也就使得外部的電荷經(jīng)由該連接線被引向大地,這種情況下,即使外部靜電源再大,但在屏蔽袋或者屏蔽盒內(nèi)的電勢差、電廠均為零,保持在相對的靜電平衡條件下,靜電現(xiàn)象出現(xiàn)的概率大大降低,實(shí)現(xiàn)了對電子元器件的保護(hù)[5]。

3.3 靜電防護(hù)器材的使用

在電子元器件的靜電防護(hù)過程中,通過一定靜電防護(hù)器材的使用,可以實(shí)現(xiàn)靜電防護(hù)。通常情況下,靜電防護(hù)器材需滿足:存在一定的導(dǎo)電性,這一特性使得其自身的靜電產(chǎn)生相對較少,使得外電場靜電可以在較短的時(shí)間內(nèi)及時(shí)泄露出去;具備一定的電阻特性,這一特性使得靜電防護(hù)器材可以有效對靜電泄放的速度加以有效控制,因?yàn)橐坏┬狗烹娏鞯貌坏接行У目刂?可能會(huì)導(dǎo)致電子元器件的損壞,影響電子元器件的正常使用?，F(xiàn)階段,隨著電子元器件生產(chǎn)工藝的日漸成熟,在各類電子元器件的組裝過程中大多使用的是表面電阻為1×105Ω以內(nèi)的靜電亞導(dǎo)體等作為靜電防護(hù)器材的材料,靜電防護(hù)效果相對理想[6]。電子元器件的生產(chǎn)和組裝過程中,應(yīng)加強(qiáng)對各類防靜電器材的使用,比如,防靜電腕帶、工作服、手套、防靜電地坪等,積極通過這些防靜電器材的使用來減小靜電危害。

4 結(jié)語

靜電現(xiàn)象對電子元器件造成的損傷非常大,為有效實(shí)現(xiàn)靜電防護(hù),應(yīng)根據(jù)靜電的產(chǎn)生機(jī)理和危害性,采取有針對性的靜電防護(hù)策略,降低靜電發(fā)生概率的同時(shí)也減小靜電對電子元器件的損傷,延長電子元器件的使用壽命。