淺談電子廠房中靜電的產(chǎn)生與防治

摘要：自然界中存在的物體，自身所帶的正負電荷一般情況下都是相等的，當物體之間相互摩擦，并因外力分開時，因為兩種物體摩擦起電的序列不同，就會導(dǎo)致兩個物體分別獨立帶有正電荷或負電荷。文章闡述了靜電產(chǎn)生的原理以及靜電對電子工業(yè)的危害，介紹了電子廠房內(nèi)幾種不同的靜電防治的方法。

關(guān)鍵詞：電子廠房；電子工業(yè)；靜電危害；靜電防治；人體靜電 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM08 文章編號：1009-2374（2015）10-0073-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0890

1 概述

公元前600年左右，古希臘哲學家塞利斯經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)，用絲綢摩擦過的琥珀具有吸引灰塵、絨毛、麥稈等輕小物體的能力。塞利斯也因此成為了有歷史記載的第一個靜電實驗者。20世紀50年代開始，在電子行業(yè)出現(xiàn)了靜電問題，芯片失效后，在顯微鏡下看不到失效的原因，當時的結(jié)論是原因不明。

從那時開始，我們國家就開始重視靜電問題，經(jīng)過幾十年的努力，取得了很多寶貴的成果，也培養(yǎng)了一大批各層次的科技人員，盡管如此，我們在靜電領(lǐng)域還是有許多問題有待解決。本文將從靜電的產(chǎn)生及對電子工業(yè)的危害入手，簡單介紹防靜電技術(shù)在電子工業(yè)中的

應(yīng)用。

2 靜電的產(chǎn)生及對電子工業(yè)的危害

2.1 靜電的產(chǎn)生

靜電是一種自然現(xiàn)象，在我們的日常生活中隨處可見。根據(jù)測量，移動聚氨酯泡沫墊子，可以產(chǎn)生18000伏左右的靜電電壓，人在乙烯樹脂地板上行走，可以產(chǎn)生12000伏左右靜電電壓，人在工作臺上操作，可以產(chǎn)生6000伏左右的靜電電壓。自然界中存在的物體，自身所帶的正負電荷一般情況下都是相等的，當物體之間相互摩擦，并因外力分開時，因為兩種物體摩擦起電的序列不同，就會導(dǎo)致兩個物體分別獨立帶有正電荷或負電荷，因此物體的表面就有了靜電荷的存在，并在物體的周圍形成靜電場。摩擦起電并不是產(chǎn)生靜電唯一的方式，現(xiàn)代科學研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)體、電效應(yīng)、壓電效應(yīng)都可以產(chǎn)生靜電。

當物體帶有靜電荷以后，在其周邊形成靜電場。位于靜電場中的任何其他帶電體都會受到電場力的吸引或排斥，根據(jù)庫侖法則：

式中：

F——電場力，牛頓

q1q2——兩個物體所具有的電荷量

r——兩物體之間的距離，庫侖

ε——電容率（8.85×10-12）

當物體所帶相同極性的電荷時，物體之間就會相互排斥；當物體所帶相反極性的電荷時，物體之間就會相互吸引。當物體帶有靜電荷后，就會在其四周形成靜電場，該靜電場力每平方厘米大約幾十到幾百毫克力，一般情況下，對重物的作用力并不大，但對于體積較小、質(zhì)量極輕紙片、毛發(fā)、纖維、塵埃等的吸附作用則是非常明顯的。

2.2 靜電對電子工業(yè)的危害

靜電對電子工業(yè)的危害有很多種，其中有三種方式的危害最大，分別為靜電放電、吸附塵埃、靜電感應(yīng)。

2.2.1 靜電放電。在兩個具有不同靜電電位的物體之間，由于直接接觸或者靜電感應(yīng)而引起的兩個物體間的靜電電荷的轉(zhuǎn)移，在電荷轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生的一種放電現(xiàn)象，稱為靜電放電。靜電放電可使集成電路芯片介質(zhì)擊穿、芯線熔斷、電性能參數(shù)改變、漏電流增大而加速芯片老化等。靜電放電對集成電路芯片損壞具有潛在性和緩慢失效性，這種情況對集成電路芯片的危害性

最大。

2.2.2 吸附塵?！，F(xiàn)代大規(guī)模集成電路生產(chǎn)中，芯片的線寬已僅為納米級，其產(chǎn)生的靜電可以對幾至幾十微米的塵埃產(chǎn)生吸附作用，則一顆直徑幾微米的塵埃吸附在芯片上，足以造成幾百根甚至更多的芯線之間的絕緣強度降低，造成短路或芯片損壞。

2.2.3 靜電感應(yīng)。不帶電的金屬導(dǎo)體放在電場中，導(dǎo)體內(nèi)部的電荷在電場的作用下發(fā)生定向移動，導(dǎo)致導(dǎo)體內(nèi)電荷的重新分配的現(xiàn)象，稱為靜電感應(yīng)。在電子工業(yè)廠房中，靜電感應(yīng)的危害極大，因感應(yīng)放電而產(chǎn)生的寬頻帶干擾可導(dǎo)致芯片和低電平數(shù)字電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)效應(yīng)，從而使芯片功能失效。

日本曾經(jīng)對電子產(chǎn)品的不良品進行過解剖分析，發(fā)現(xiàn)45%的不合格器件是因靜電感應(yīng)損壞的。英國經(jīng)過統(tǒng)計，該國每年因靜電造成電子工業(yè)的損失約20多億英鎊。美國對電子工業(yè)因為靜電所造成的損失進行了數(shù)年的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)每年的損失高達100多億美元。1992年初，我國航天領(lǐng)域的北京某實驗室在組裝調(diào)試我國“資源衛(wèi)星”上使用的一種儀器時，因操作人員沒有做好靜電防護措施，導(dǎo)致兩只價值近萬美元的進口并遭禁運的CCD器件（一種MOS器件）因人體靜電放電而失效，險些影響衛(wèi)星的發(fā)射進度。

3 集成電路芯片生產(chǎn)中的靜電防治

在集成電路芯片生產(chǎn)過程中，不產(chǎn)生靜電是不可能的，我們需要盡量避免和防止靜電的產(chǎn)生，并快速而有效地將已產(chǎn)生的靜電進行泄放和消除。電子廠房中產(chǎn)生靜電并不可怕，可怕的是靜電積累以及由此產(chǎn)生的靜電放電對集成電路芯片的危害，因此限制靜電的積累及采取有效措施使靜電泄漏（耗散）非常重要。防靜電技術(shù)在集成電路芯片生產(chǎn)中的應(yīng)用方式有很多，本文主要介紹以下五種：

3.1 靜電耗散與泄放

我們通常所說的靜電耗散與泄放就是將靜電防護材料或?qū)w上積累的靜電荷用某種導(dǎo)靜電方式，將其泄漏到大地或一個表面積足夠大的懸浮接地體上。但在實際工作中，我們接觸到的靜電源會很多，而且有時積累的靜電荷量也非常大，往往使用的靜電防護材料不能提供足夠大的面積，這時我們就必須采取接地措施。國家標準《防止靜電事故通用準則（GB12158-90）》中對接地電阻有明確的要求：靜電導(dǎo)體與大地間的總泄漏電阻通常不應(yīng)大于1兆歐，每組專設(shè)的接地體的接地電阻值一般不應(yīng)大于100歐。在電子工業(yè)廠房中，靜電接地有兩種：一種是軟接地；另一種是硬接地。軟接地是指在接地系統(tǒng)中串聯(lián)電阻的接地。采用軟接地的方式，能夠?qū)⑽矬w放電時的對地電流限制在人身安全范圍之內(nèi)（通常為5毫安），我們在電子工業(yè)廠房內(nèi)通常將這一電阻設(shè)定為1兆歐。硬接地是使用不具有附加電阻的接地線直接連接大地，一般情況下，硬接地用于靜電屏蔽或儀器、設(shè)備等的接地。

3.2 靜電中和與消除

在電子工業(yè)廠房的某些工序中，存在很多容易產(chǎn)生靜電的儀器、工具等，有時工作人員在設(shè)備操作過程中也會產(chǎn)生大量靜電，為了保證工藝線上的產(chǎn)品不受靜電影響，就必須對操作環(huán)境采取靜電中和與消除的措施。靜電中和與消除的原理是在產(chǎn)生靜電的空間，采用正、負離子與空間里存在的正、負離子進行中和，從而達到消除靜電的目的。產(chǎn)生正、負離子的設(shè)備一般為離子靜電消除器和靜電刷，某些特殊場合還可采用防靜電噴劑來實現(xiàn)靜電中和。相比之下，離子靜電消除器在使用過程中不會影響產(chǎn)品質(zhì)量且消除靜電速度快，使用起來較方便，但購買儀器的成本較高。使用防靜電噴劑比使用離子靜電消除器方便，但效果不好且具有一定的腐蝕性和毒性。防靜電刷的使用成本及效果在二者

之間。

3.3 靜電屏蔽與阻隔

靜電屏蔽與阻隔是電子工業(yè)廠房內(nèi)防靜電干擾的重要措施之一。為了避免靜電對電子產(chǎn)品或儀器的影響，防止靜電對極敏感元器件及電路產(chǎn)生的寬頻帶的干擾，我們通常采用空腔導(dǎo)體來實現(xiàn)靜電的屏蔽與阻隔，靜電屏蔽與阻隔主要用于由電源產(chǎn)生的靜電場，屏蔽體一般有盒式和板式等。屏蔽效果的好壞主要與屏蔽材料的性能有關(guān)，同時也與屏蔽體與靜電源之間的距離以及屏蔽體本身可能存在的一些不連續(xù)的空洞數(shù)量有關(guān)。

另外，靜電屏蔽與阻隔的效果與接地是否良好有很大的關(guān)系，只有將屏蔽體有效接地，才能保證屏蔽體上產(chǎn)生的靜電荷成功泄漏，使放在屏蔽體內(nèi)的集成電路芯片不受靜電場的干擾，同時也用于防止靜電源對外界的干擾。

3.4 消除人體靜電

電子工業(yè)廠房內(nèi)，消除人體靜電的方法有很多種，我們通常是通過穿戴防靜電工作服以及防靜電鞋等方法來消除積聚在人體身上的靜電荷。在進入有較高要求的靜電防護工作區(qū)域的時候，有時還需要戴防靜電腕帶和腳帶、防護指套等才能確保人體產(chǎn)生的靜電荷能夠有效地清除。在靜電產(chǎn)生嚴重的場所，必須要穿采用導(dǎo)電纖維和棉等混紡制成或用導(dǎo)電合成纖維布制成的工作服。同時，盡量不要在工作場所穿、脫工作服及工作鞋，盡量減少在容易產(chǎn)生靜電的場所逗留，不要攜帶與工作無關(guān)的金屬物品，如手表、鑰匙、金屬首飾等。

3.5 環(huán)境增濕

環(huán)境增濕可以使物體表面產(chǎn)生水膜，增加物體的表面電導(dǎo)率，使物體表面積聚的靜電荷能更快的泄漏。采用環(huán)境增濕的辦法消除靜電的效果是非常明顯的，但需要說明的是，對于橡膠等容易在表面形成水膜的材料來說，采用環(huán)境增濕來消除靜電是有效的，而對于聚四氟乙烯等表面不能形成水膜的材料來說，增濕對消除靜電是無效的。另外，對于孤立在廠房內(nèi)、本身無靜電泄漏途徑的帶靜電絕緣體，增濕也是無效的。

但在電子工業(yè)廠房中，提高濕度這種方法不能被廣泛應(yīng)用，因為環(huán)境濕度過高會使工藝設(shè)備生銹和半導(dǎo)體材料損壞，而且會使廠房內(nèi)的工作人員感到不舒服，影響工作效率。因此這種方法防止靜電的產(chǎn)生，對電子工業(yè)來說，除特殊情況外，一般情況下是不可

取的。

4 結(jié)語

本文從靜電的產(chǎn)生及對電子工業(yè)的危害入手，作者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗，總結(jié)介紹了防靜電技術(shù)在電子工業(yè)中的幾種應(yīng)用方式，其中最常用的靜電防護措施是靜電的耗散與泄放。以上措施經(jīng)過在華潤微電子各集成電路生產(chǎn)廠房內(nèi)的實施，取得了很好的效果，得到了廣泛的認可。

參考文獻

[1] 呂宗森，等.電子元器件制造防靜電技術(shù)要求（SJ/T10630-95）[S].

[2] 防止靜電事故通用導(dǎo)則（GB12158-2006）[S].

[3] 孫延林.電子工業(yè)靜電控制技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1995.

作者簡介：張永超（1977-），男，江蘇沛縣人，無錫華潤微電子有限公司工程師，研究方向：大規(guī)模集成電路凈化廠房的低壓配電系統(tǒng)及防靜電技術(shù)。

（責任編輯：黃銀芳）