浅谈电子厂房中静电的产生与防治

摘要：自然界中存在的物体，自身所带的正负电荷一般情况下都是相等的，当物体之间相互摩擦，并因外力分开时，因为两种物体摩擦起电的序列不同，就会导致两个物体分别独立带有正电荷或负电荷。文章阐述了静电产生的原理以及静电对电子工业的危害，介绍了电子厂房内几种不同的静电防治的方法。

关键词：电子厂房；电子工业；静电危害；静电防治；人体静电 文献标识码：A

中图分类号：TM08 文章编号：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，古希腊哲学家塞利斯经过多次实验发现，用丝绸摩擦过的琥珀具有吸引灰尘、绒毛、麦秆等轻小物体的能力。塞利斯也因此成为了有历史记载的第一个静电实验者。20世纪50年代开始，在电子行业出现了静电问题，芯片失效后，在显微镜下看不到失效的原因，当时的结论是原因不明。

从那时开始，我们国家就开始重视静电问题，经过几十年的努力，取得了很多宝贵的成果，也培养了一大批各层次的科技人员，尽管如此，我们在静电领域还是有许多问题有待解决。本文将从静电的产生及对电子工业的危害入手，简单介绍防静电技术在电子工业中的

应用。

2 静电的产生及对电子工业的危害

2.1 静电的产生

静电是一种自然现象，在我们的日常生活中随处可见。根据测量，移动聚氨酯泡沫垫子，可以产生18000伏左右的静电电压，人在乙烯树脂地板上行走，可以产生12000伏左右静电电压，人在工作台上操作，可以产生6000伏左右的静电电压。自然界中存在的物体，自身所带的正负电荷一般情况下都是相等的，当物体之间相互摩擦，并因外力分开时，因为两种物体摩擦起电的序列不同，就会导致两个物体分别独立带有正电荷或负电荷，因此物体的表面就有了静电荷的存在，并在物体的周围形成静电场。摩擦起电并不是产生静电唯一的方式，现代科学研究发现，导体、电效应、压电效应都可以产生静电。

当物体带有静电荷以后，在其周边形成静电场。位于静电场中的任何其他带电体都会受到电场力的吸引或排斥，根据库仑法则：

式中：

F——电场力，牛顿

q1q2——两个物体所具有的电荷量

r——两物体之间的距离，库仑

ε——电容率（8.85×10-12）

当物体所带相同极性的电荷时，物体之间就会相互排斥；当物体所带相反极性的电荷时，物体之间就会相互吸引。当物体带有静电荷后，就会在其四周形成静电场，该静电场力每平方厘米大约几十到几百毫克力，一般情况下，对重物的作用力并不大，但对于体积较小、质量极轻纸片、毛发、纤维、尘埃等的吸附作用则是非常明显的。

2.2 静电对电子工业的危害

静电对电子工业的危害有很多种，其中有三种方式的危害最大，分别为静电放电、吸附尘埃、静电感应。

2.2.1 静电放电。在两个具有不同静电电位的物体之间，由于直接接触或者静电感应而引起的两个物体间的静电电荷的转移，在电荷转移过程中产生的一种放电现象，称为静电放电。静电放电可使集成电路芯片介质击穿、芯线熔断、电性能参数改变、漏电流增大而加速芯片老化等。静电放电对集成电路芯片损坏具有潜在性和缓慢失效性，这种情况对集成电路芯片的危害性

最大。

2.2.2 吸附尘埃。现代大规模集成电路生产中，芯片的线宽已仅为纳米级，其产生的静电可以对几至几十微米的尘埃产生吸附作用，则一颗直径几微米的尘埃吸附在芯片上，足以造成几百根甚至更多的芯线之间的绝缘强度降低，造成短路或芯片损坏。

2.2.3 静电感应。不带电的金属导体放在电场中，导体内部的电荷在电场的作用下发生定向移动，导致导体内电荷的重新分配的现象，称为静电感应。在电子工业厂房中，静电感应的危害极大，因感应放电而产生的宽频带干扰可导致芯片和低电平数字电路发生翻转效应，从而使芯片功能失效。

日本曾经对电子产品的不良品进行过解剖分析，发现45%的不合格器件是因静电感应损坏的。英国经过统计，该国每年因静电造成电子工业的损失约20多亿英镑。美国对电子工业因为静电所造成的损失进行了数年的调查，发现每年的损失高达100多亿美元。1992年初，我国航天领域的北京某实验室在组装调试我国“资源卫星”上使用的一种仪器时，因操作人员没有做好静电防护措施，导致两只价值近万美元的进口并遭禁运的CCD器件（一种MOS器件）因人体静电放电而失效，险些影响卫星的发射进度。

3 集成电路芯片生产中的静电防治

在集成电路芯片生产过程中，不产生静电是不可能的，我们需要尽量避免和防止静电的产生，并快速而有效地将已产生的静电进行泄放和消除。电子厂房中产生静电并不可怕，可怕的是静电积累以及由此产生的静电放电对集成电路芯片的危害，因此限制静电的积累及采取有效措施使静电泄漏（耗散）非常重要。防静电技术在集成电路芯片生产中的应用方式有很多，本文主要介绍以下五种：

3.1 静电耗散与泄放

我们通常所说的静电耗散与泄放就是将静电防护材料或导体上积累的静电荷用某种导静电方式，将其泄漏到大地或一个表面积足够大的悬浮接地体上。但在实际工作中，我们接触到的静电源会很多，而且有时积累的静电荷量也非常大，往往使用的静电防护材料不能提供足够大的面积，这时我们就必须采取接地措施。国家标准《防止静电事故通用准则（GB12158-90）》中对接地电阻有明确的要求：静电导体与大地间的总泄漏电阻通常不应大于1兆欧，每组专设的接地体的接地电阻值一般不应大于100欧。在电子工业厂房中，静电接地有两种：一种是软接地；另一种是硬接地。软接地是指在接地系统中串联电阻的接地。采用软接地的方式，能够将物体放电时的对地电流限制在人身安全范围之内（通常为5毫安），我们在电子工业厂房内通常将这一电阻设定为1兆欧。硬接地是使用不具有附加电阻的接地线直接连接大地，一般情况下，硬接地用于静电屏蔽或仪器、设备等的接地。

3.2 静电中和与消除

在电子工业厂房的某些工序中，存在很多容易产生静电的仪器、工具等，有时工作人员在设备操作过程中也会产生大量静电，为了保证工艺线上的产品不受静电影响，就必须对操作环境采取静电中和与消除的措施。静电中和与消除的原理是在产生静电的空间，采用正、负离子与空间里存在的正、负离子进行中和，从而达到消除静电的目的。产生正、负离子的设备一般为离子静电消除器和静电刷，某些特殊场合还可采用防静电喷剂来实现静电中和。相比之下，离子静电消除器在使用过程中不会影响产品质量且消除静电速度快，使用起来较方便，但购买仪器的成本较高。使用防静电喷剂比使用离子静电消除器方便，但效果不好且具有一定的腐蚀性和毒性。防静电刷的使用成本及效果在二者

之间。

3.3 静电屏蔽与阻隔

静电屏蔽与阻隔是电子工业厂房内防静电干扰的重要措施之一。为了避免静电对电子产品或仪器的影响，防止静电对极敏感元器件及电路产生的宽频带的干扰，我们通常采用空腔导体来实现静电的屏蔽与阻隔，静电屏蔽与阻隔主要用于由电源产生的静电场，屏蔽体一般有盒式和板式等。屏蔽效果的好坏主要与屏蔽材料的性能有关，同时也与屏蔽体与静电源之间的距离以及屏蔽体本身可能存在的一些不连续的空洞数量有关。

另外，静电屏蔽与阻隔的效果与接地是否良好有很大的关系，只有将屏蔽体有效接地，才能保证屏蔽体上产生的静电荷成功泄漏，使放在屏蔽体内的集成电路芯片不受静电场的干扰，同时也用于防止静电源对外界的干扰。

3.4 消除人体静电

电子工业厂房内，消除人体静电的方法有很多种，我们通常是通过穿戴防静电工作服以及防静电鞋等方法来消除积聚在人体身上的静电荷。在进入有较高要求的静电防护工作区域的时候，有时还需要戴防静电腕带和脚带、防护指套等才能确保人体产生的静电荷能够有效地清除。在静电产生严重的场所，必须要穿采用导电纤维和棉等混纺制成或用导电合成纤维布制成的工作服。同时，尽量不要在工作场所穿、脱工作服及工作鞋，尽量减少在容易产生静电的场所逗留，不要携带与工作无关的金属物品，如手表、钥匙、金属首饰等。

3.5 环境增湿

环境增湿可以使物体表面产生水膜，增加物体的表面电导率，使物体表面积聚的静电荷能更快的泄漏。采用环境增湿的办法消除静电的效果是非常明显的，但需要说明的是，对于橡胶等容易在表面形成水膜的材料来说，采用环境增湿来消除静电是有效的，而对于聚四氟乙烯等表面不能形成水膜的材料来说，增湿对消除静电是无效的。另外，对于孤立在厂房内、本身无静电泄漏途径的带静电绝缘体，增湿也是无效的。

但在电子工业厂房中，提高湿度这种方法不能被广泛应用，因为环境湿度过高会使工艺设备生锈和半导体材料损坏，而且会使厂房内的工作人员感到不舒服，影响工作效率。因此这种方法防止静电的产生，对电子工业来说，除特殊情况外，一般情况下是不可

取的。

4 结语

本文从静电的产生及对电子工业的危害入手，作者结合自己的工作经验，总结介绍了防静电技术在电子工业中的几种应用方式，其中最常用的静电防护措施是静电的耗散与泄放。以上措施经过在华润微电子各集成电路生产厂房内的实施，取得了很好的效果，得到了广泛的认可。

参考文献

[1] 吕宗森，等.电子元器件制造防静电技术要求（SJ/T10630-95）[S].

[2] 防止静电事故通用导则（GB12158-2006）[S].

[3] 孙延林.电子工业静电控制技术[M].北京：电子工业出版社，1995.

作者简介：张永超（1977-），男，江苏沛县人，无锡华润微电子有限公司工程师，研究方向：大规模集成电路净化厂房的低压配电系统及防静电技术。

（责任编辑：黄银芳）