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小電流大學問

2016/11/30
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靜電,可能跟閃電並列,是人類最早觀察到的電磁現象。當靜電逐漸累積,過多的電荷需要宣洩、轉移出去,結果就是「放電」,我們稱為「靜電放電現象」,簡稱ESD。
 
 
保護輕薄短小的電子產品,不受靜電放電損害,其中的「防護技術」變得越來越關鍵。4月15號,由國際知名的靜電放電防護大師柯明道教授所主導的ESD產學聯盟,在台灣正式成立,獲得產業界熱烈迴響。這個聯盟的重要性在哪裡呢?讓我們從靜電的原理說起。請聽今天的科學三分鐘,主題是:小電流大學問。

靜電,可能跟閃電並列,是人類最早觀察到的電磁現象。自然界中的物體,可能經由某種過程而「獲得」或「失去」電子。舉例來說,當毛皮跟塑膠棒兩種不同的材質迅速摩擦,塑膠棒會獲得電子,因為電子帶負電,所以塑膠棒帶有負電荷;相反地,毛皮失去電子,則帶有正電荷,這類的電荷就稱為「靜電」。

當靜電逐漸累積,打個比方,就像水庫的水位很高,需要宣洩,過多的電荷也會需要宣洩、轉移出去,結果就是「放電」,我們稱為「靜電放電現象」,簡稱ESD。自然界裡的「打雷閃電」就是「宏觀的靜電放電現象」。

對於金屬這一類的良好導體,因為很容易傳遞電荷,所以摩擦產生的靜電,一瞬間就因接地而消失了。只有在不良的導體甚至絕緣體上摩擦,靜電才能累積足夠的量,形成被觀察到的靜電現象,甚至影響到你我的生活。

男:「哎,妳能不能借我一點髮雕,客戶馬上就來了,可是我的頭髮怎麼老是亂翹,怎麼都梳不好,越梳越翹。」
女:「我看看…你怎麼還在用這種十元的塑膠梳子啊!它會累積靜電,你用它來梳頭,不但會頭髮亂翹,而且還會傷髮質喔。趕快換一把木頭或竹子做的梳子,應該就會改善了。」
男:「嗯~聽起來有道理喔,我下班趕快去買。」

一般來說,毛髮、毛衣等物體摩擦的時候,很容易累積靜電,最後發生靜電放電現象。根據測量,這種放電現象的電壓,可能超過八千伏特,或簡稱八千伏。而家用的插頭大約只有一、兩百伏,相對來說,八千伏的確很驚人。那為什麼靜電不太可能電死人呢?是因為放電時間很短、電流小、總能量也小。同樣的道理,警用電棍、防身用的電擊槍等,雖然電壓很高,但也因為通電時間短,對人體的傷害才會減輕。

不過,靜電依然有許多危害,不可輕忽。比方說放電產生的火花,可能點燃燃料、粉塵,所以在加油站等地方要特別防範。如果電子產品的元件沒有做好保護,也可能被人體的靜電放電現象所損壞,本單元科學顧問交通大學柯明道教授就指出:

「半導體技術像台積電、聯電我們現在目前在量產20奈米製程的電晶體,工作電壓只有1.2伏甚至1伏以下,但是我們周邊的靜電三不五時就幾百伏、幾千伏,當我這邊幾千伏、幾百伏靜電發生在周邊,碰到工作IC,那這個IC怎麼受得了?」

對於奈米等級的積體電路來說,幾千伏的靜電放電現象ESD所造成的傷害,就像是一個人被閃電劈到。因此,就像高樓建築物為了避免雷擊破壞而必需裝置避雷針,連在天空中飛的飛機也要裝置避雷針,積體電路中更必需要設計「防護靜電放電」的電路,這也算是一種奈米避雷針吧!

柯教授成立「ESD產學聯盟」最大的目標,就是將學界研發的「靜電放電防護技術與知識」推廣到業界,提升台灣IC及電子產品的競爭力。產業界除了可以參加專業的訓練課程、借用交通大學ESD實驗室先進的ESD量測設備之外,也能獲得相關的技術諮詢。

今天的科學關鍵字,就是

靜電現象 Static electricity

您可以透過這個關鍵字,進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由科技部補助製播】2014-04-27 16:55:00播出
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