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静电放电的危害类型

发布时间:2012-11-26

1.静电力学效应静电带电体周围存在着静电场,由于通常条件下,静电场是非常均匀的,在静电场被极化的介质微粒会受到电场力的作用,受力的方向指向带电体,也就是说,无论带电体带有何种极性的电荷,带电体对于原来不带电的尘埃颗粒都具有吸引力的作用。因此,悬浮在空气中的尘埃容易被吸附在芯片上,使得集成电路特别是超大规模集成电路的成品率大大降低。

在生产中,由于带有同种电荷的排斥作用和异种电荷的吸附作用也会造成生产障碍。如在纺织工业的抽丝过程中,由于静电力的作用,会使丝飘动、粘合纠结,在织布过程中,由于橡胶辊轴与丝纱摩擦产生静电,导致乱纱、挂条、缠花、断头等,降低了阵齿梳理能力,影响产品质量和生产效率;在粉体加工行业中,由于静电力的作用,使筛孔变小或堵塞,气力输送管道不畅通,球磨机不能正常运行;在印刷行业和塑料薄膜包装生产中,由于静电力的作用,影响正常的纸张分离、叠放,塑料膜不能正常包装和印花,甚至出现“静电墨斑”,使自动化生产遇到困难。

2.热效应静电火花放电或刷形放电一般都是在ns或斗s量级完成的。因此,通常可以将静电过程看作是一种绝热过程。空气中发生的静电放电,可以在瞵间使空气电离、击穿,通过数安培的大电流,并伴随着发光、发热过程,形成局部的高温热源。这种局部的高温热源可以引起易燃、易爆气体燃烧、爆炸。静电放电过程产生的瞬时大电流也可以使火炸药、电雷管、电引信等各种电打火装置意外打火,引起爆炸事故。

在微电子技术领域,静电放电过程是静电能量在0.1斗s时间内通过器件电阻释放的.,其平均功率可达几千瓦。如此大功率的短脉冲电流作用于器件上,足以在绝缘情况下,使硅片上微区熔化,在电流集中处使铝互连局部区域发生球化,甚至烧毁PN结和金属互连线,形成破坏性的“热电击穿”,导致电路损坏失效。

3.强电场效应.静电荷在物体上的积累往往使物体对地具有高电压,在附近形成强电场。在电子工业中,MOS场效应器件的栅氧化膜厚度为10-7m数量级,100V静电电压加在栅氧化膜上,就会在栅氧化膜上产生106kV7m的强电场,超过一般MOS场效应器件的栅氧化膜的绝缘击穿强度(0.8—1.0)×106kV7m,导致MOS场效应器件的栅氧化膜被击穿,使器件失效。当电路设计没有采取保护措施时,就是栅氧化膜为致密无针孔的高质量氧化层,也会被击穿。对于有保护措施的电路,虽然击穿电压可以远高于100V.但危险静电源的电压可以是几千伏,甚至几万伏。

因此,高压静电场的击穿效应仍然是MOS电路的一大危害。另外,高压静电场也可以使多层布线电路间或金属化导线间介质击穿,造成电路失效。需要强调的是,介质击穿对电路造成的危害是由于过电压或强电场而不是功率造成的。

在其他领域,高压静电场使电介质击穿也会造成危害。据报道,曾有一同步发电机因绕组槽绝缘嵌条运转中与空气摩擦产生静电导致绝缘介质击穿短路,电机烧毁。日本一500kVA大变压器,用泵打循环油冷却,油流动中与绕组线圈摩擦产生静电高电压击穿了绕组绝缘,引起短路,发生了火灾和爆炸。

4.电磁脉冲效应静电放电过程是电位、电流随机瞬时变化的电磁辐射过程。无论是放电能量较小的电晕放电,还是放电能量比较大的火花放电,都可以产生电磁辐射。这种静电放电的电磁脉冲场对各种现代电子装备造成危害。

静电放电的电磁干扰属于宽带干扰,从低频直到吉赫兹以上。其中电晕放电是出现在飞机机翼、螺旋桨及天线和火箭、导弹表面等尖端或细线部位,产生几兆赫兹到1GHz范围的电磁干扰,使飞机、火箭等空间飞行器与地面的无线通信中断,导航系统不能正常工作,使卫星姿态失控,造成严重后果。

传播型刷形放电和火花放电都是静电能量比较大的静电放电过程.其峰值电流可达几百安培,它可以形成电磁脉冲串,对微电子系统造成电磁干扰及浪涌效应,引起电路错误翻转或命令失效。即使采取完善的屏蔽措施,当电路屏蔽盒上发生静电火花放电时,静电放电的大电流脉冲仍会在仪器外壳上产生大压降,这种瞬时的电压跳变,会使被屏蔽的内部电路出现感应电脉冲而引起电路故障。

5.对人体的电击效应当人体接近带有静电的绝缘导体时,或者带有静电的人体接近接地导体或机器设备等较大金属物体时,只要人体和其他导体间的静电场超过空气的击穿场强时,都会形成静电火花放电,有瞬时大电流通过人体或人体的某一部分,使人体受到静电电击。通常,在日常生活和工业生产中,静电引起的电击一般尚不能导致人员伤亡,但是可能发生手指麻木或引起恐慌情绪等。由于人体电击刺激带来的精神紧张,往往会造成手脚动作失常,被机器设备碰伤或从高空坠落,构成静电危害的“二次事故”。

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