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電子行業防靜電技術講座 現代靜電學簡介 - 理論基礎： 靜電學基本方程： F = qE：其中：F 為靜電荷 q 在靜電場 E 所感受的靜電力 E = - ▽?；其中：E 為靜電場，V 為靜電位 ▽2? = -ρ/ε；其中：ρ為靜電荷密度，ε為靜電荷身處環境的介電常數 以點電荷 q 身處真空 (介電常數 εo )來說，它在距離電荷 r 處所產生的： 靜電位 V 為 (4πεo) - 1 q / r ；與 q 成正比，與 r 成反比 靜電場 E 為 (4πεo) -1 q / r2 ；與 q 成正比，與 r2 成反比 若有 一電荷 Q 在 r 處，Q 所感到的靜電力為 (4πεo) - 1 q Q / r2 ；與 q或 Q 成正比，與 r2 成反比。 Q 和 q 符號相異，是為吸力；Q 和 q 符號相同，是為斥力。 異性相吸，相異電荷距離愈近，靜電吸力愈大。故若帶相異電荷塵粒浮於帶電表面附近，則會被吸附在帶電 表面上。此為 靜電吸附 (Electrostatic Attraction) 現象的發生。 現代靜電學簡介 - 理論基礎： 電容 (Capacitance C) ： 電容為一物體能夠儲藏多少電荷，或 兩帶等量異號電荷物體間的可容忍的電位差 的特有參數。 若物體上的電荷過多，則會對地 (或空氣) 洩漏。例子：如雲層內的靜電過多，則會有閃電象。 物體上的電荷容量，與其外形和介電性質有關。 例子：弧立球(半徑 r, 介電常數 ε)的電容 C = 4πεr2 。 若兩物體間的電位差過大，則一物體上的電荷會穿破中間的障礙，跑到低電位的物體上。 例子：若電容元件的兩極電位差大於規格要求，則電容元件內部會被擊穿，而令元件失效。 兩物體間的電容為 C = Q/V。V 為物體間的電位差。Q 為物體上的電荷量。 若上述事件發生，即是 靜電放電 (Electrostatic Discharge) 現象的發生： 電荷流走時的速度和所產生的熱能，與電荷量和流走路徑的電阻值有關。 電荷流走時，會產生幅射電磁波，對付近的敏感儀器或造成干擾。 電位差所產生的應力，會撕破中間的障礙物。 現代靜電學簡介 - 理論基礎： 電感與極化： 對於導體，其電子能自由流動。 在電場內，一隔離導體內的電荷會受電場的影響，移向一端，顯負電，另一端則顯正電。這現像 是為靜電感應 (Induction)。 若有一端接地，則接地端會有電荷的流失或增加。 對於絕緣體，其分子中的正負電荷互相束縛，不能自由流動。 但若處身在電場內，分子內的電荷亦會受電 場的影響，使一端顯正電，另一端顯負電。此為極化 (Polarization)。 現代靜電學簡介 - 理論基礎： 屏蔽： 在導體上，其電子能自由流動，由於同性相斥，其電荷會分佈在表面上，形成等電位。 若放一接地的空殼導體在一電場中，其電場亦不能夠穿入殼內。成為靜電屏蔽現象。 或 在已接地的空殼導體內，若放一帶電物，其所產生的電場只會存於空殼內，不會跑 出來。 靜電所引起的自然現像： ? 閃電。 ? 天氣乾燥時，當接觸金屬門把手時有觸電的感覺。 ? 塵埃積在玻璃窗上。 ? 冬天脫毛衣時，常聽到嚦嚦聲。 ? 把膠尺摩擦頭髮後，膠尺可吸起紙碎。 ? 車子後面有一條金屬導帶與地接觸，特別是載有易燃品的車輛。 還有............ 靜電與我們： 靜電應用技術： 主要利用相異電荷互吸，相同電荷排斥，和 靜電吸附的特性： 靜電除塵技術 靜電複印與攝影技術 靜電塗複技術 靜電分選技術 靜電生物效應 靜電安全技術： 基本上以防止 靜電放電 和 靜電吸附 的發生 船舶，航天靜電安全技術 石油化工靜電安全技術 電子行業靜電安全技術 靜電與我們： 靜電測試技術： 探測靜電場的存在， 估量物體或空間的靜電荷容量， 測試靜電荷洩漏時的可能幅度和速度。 靜電安全的處理： 防止靜電的產生：使用抗靜電材料 中和已產生的靜電：使用靜電中和設備 保護物體可能受到靜電破壞的衝擊：在離子空間內工作，並在產品設計時作考慮。 靜電與電子工業： 電子行業的靜電防護的必要性和迫切性： 生活和工業過程的自動化趨勢，皆要求電子設備和零件有更高的可靠性和安全性。 電子元件的高集成，令元件內部的薄膜愈來愈薄，耐靜電破壞的能力愈來愈弱。 例子： MOS 元件的耐靜電電壓約為 90V， VMOS 元件的耐靜電電壓約為 30V， 4M DRAM 的耐靜電電壓最低為 10 - 20V。 美國某大機構發現，在故障元件中，有三分之一是被 靜電放電 (ESD) 所破壞。 據美國權威部門 1988 年的統計，全美每年因 ESD 造成的損失約值 50 億美元。全球