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静電気放電（ESD）とは、帯電状態の異なる2つの物体を近づけたとき、または物体間の誘電体が破壊されたときに、それらの間に突然かつ瞬間的に電流が流れる現象であり、多くの場合、物体間の静電気に関連した目に見える火花が発生します。
ESDは、壮大な電気火花（雷鳴を伴う落雷は、大規模なESD現象の一例です）を発生させるだけでなく、目に見えず音も聞こえないような、それほど劇的ではない形態の電気火花も発生させます。しかし、それでも繊細な電子機器に損傷を与えるのに十分な大きさである可能性があります。電気火花が発生するには、落雷で顕著に見られるように、空気中で約400万V/mを超える電界強度が必要です。同様の電気放電形態には、鋭利な電極からのコロナ放電、鈍い電極からのブラシ放電などがあります。
ESDは、ガス、燃料蒸気、石炭粉塵の爆発や集積回路などの固体電子部品の故障など、産業界にとって重要な有害影響を引き起こす可能性があります。[ 1 ]これらは高電圧にさらされると永久的な損傷を受ける可能性があります。そのため、電子機器メーカーは、帯電しやすい材料を避けるなどの帯電防止策や、作業員の接地、帯電防止装置の提供、湿度管理などの静電気除去策を用いて、静電気のない静電保護区域を設けています。
ESDシミュレーターは、例えば人体モデルや帯電デバイスモデルを用いて、電子機器の試験に使用できる。
ESD（静電気放電）現象の原因の一つに静電気があります。静電気は、摩擦帯電によって発生することが多く、これは2つの物質が接触した後に分離される際に電荷が分離する現象です。摩擦帯電の例としては、絨毯の上を歩く、プラスチック製の櫛を乾いた髪にこすりつける、風船をセーターにこすりつける、布製の車のシートから立ち上がる、あるいは一部のプラスチック包装を取り外すなどが挙げられます。これらの場合、2つの物質間の接触が途切れることで摩擦帯電が発生し、電位差が生じることでESD現象につながる可能性があります。
ESDによる損傷のもう一つの原因は、静電誘導です。これは、帯電した物体が接地から隔離された導電性の物体の近くに置かれたときに発生します。帯電した物体の存在によって静電場が生成され、他の物体の表面の電荷が再分布します。物体の正味の静電荷は変化しませんが、過剰な正電荷と負電荷の領域が生じます。物体が導電性の経路に接触すると、ESDイベントが発生する可能性があります。たとえば、発泡スチロールのカップや袋の表面の帯電領域は、静電誘導によって近くのESDに敏感な部品に電位を誘導し、部品が金属製の工具で触れるとESDイベントが発生する可能性があります。
ESDは、高エネルギーの帯電粒子が物体に衝突することによっても発生する可能性があります。これにより、表面および深部の帯電が増加します。これは、ほとんどの宇宙船にとって既知の危険です。[ 2 ]
静電気放電（ESD）現象は、その複雑さや規模において様々であり、最も目に見える劇的な例は電気火花です。これは、強い電界が空気をイオン化し、電流を流すことができる導電経路を作り出すことで発生します。人はこれを軽い不快感として感じるかもしれませんが、ESDは電子部品に深刻な損傷を与え、誤動作や故障につながる可能性があります。可燃性ガスや粉塵が存在する危険な環境では、ESDが火災や爆発を引き起こすこともあります。
しかし、すべての静電気放電（ESD）現象が目に見える火花や音を伴うわけではありません。人間の感覚では感知できないほど微弱な電荷でも、繊細な電子機器に損傷を与えるほど強力な場合があります。30V程度の微弱な放電でも部品が損傷を受けることがあり 、その損傷は相当な使用期間を経て初めて明らかになる場合もあり、結果として機器の寿命や性能に影響を与えます。
ケーブル放電事象（CDE）とは、電気ケーブルを機器に接続する際に発生する放電現象のことです。
電界強度が約4～30 kV/cm [ 3 ]（空気の誘電電界強度）を超えると火花が発生します。これにより、空気中の自由電子とイオンの数が非常に急速に増加し、誘電破壊と呼ばれるプロセスで一時的に空気が突然電気伝導体になることがあります。
自然界で発生する火花の最もよく知られた例はおそらく雷でしょう。この場合、雲と地面の間、あるいは2つの雲の間の電位差は通常数億ボルトにもなります。その結果生じる電流が放電路を循環することで、膨大なエネルギーが伝達されます。はるかに小規模な現象としては、わずか380ボルトに帯電した物体からの静電気放電によって、空気中に火花が発生することがあります（パッシェンの法則）。
地球の大気は、酸素(O 2 )が 21% 、窒素(N 2 )が 78% を占めています。雷などの静電気放電が発生すると、影響を受けた大気分子は電気的に過負荷状態になります。二原子酸素分子は分解され、その後再結合して不安定なオゾン(O 3 ) を生成するか、金属や有機物と反応します。電気的ストレスが十分に高い場合、窒素酸化物( NOx ) が生成されることがあります。これらの生成物はどちらも動物にとって有毒であり、窒素酸化物は窒素固定に不可欠です。オゾンはオゾン分解によってすべての有機物を分解し、水の浄化に利用されています。
火花は可燃性環境における着火源であり、燃料が密集した環境では壊滅的な爆発を引き起こす可能性があります。ほとんどの爆発は、予期せぬ可燃性燃料の漏洩が既知の屋外火花発生装置に侵入した場合であれ、燃料が豊富な環境で予期せぬ火花が発生した場合であれ、微小な静電気放電に起因しています。酸素が存在し、火災の三要素が揃った場合、結果は同じです。
多くの電子部品、特に集積回路やマイクロチップは、ESDによって損傷を受ける可能性があります。[ 1 ]敏感な部品は、製造中および製造後、輸送中およびデバイスの組み立て中、そして完成したデバイスにおいて保護する必要があります。接地は、効果的なESD制御にとって特に重要です。接地は明確に定義され、定期的に評価されるべきです。[ 4 ]
製造業における静電気放電（ESD）の防止は、静電気放電保護区域（EPA）に基づいています。EPAは、小規模な作業場から大規模な製造区域まで、様々な規模で設置できます。EPAの基本原則は、ESDに敏感な電子機器の周囲に帯電しやすい物質を置かないこと、すべての導電性および放散性物質を接地すること、作業員を接地すること、そしてESDに敏感な電子機器への電荷の蓄積を防止することです。EPAの典型的な定義には国際規格が用いられ、例えば国際電気標準会議（IEC）や米国規格協会（ANSI）などの機関から入手できます。
EPA（環境保護区域）内でのESD（静電気放電）防止策としては、適切なESD対応梱包材の使用、組立作業員が着用する衣服への導電性フィラメントの使用、高電圧が作業員の体に蓄積するのを防ぐための導電性リストストラップとフットストラップの使用、有害な電荷を作業区域から遠ざけるための帯電防止マットまたは導電性床材の使用、および湿度管理などが挙げられます。湿度が高いと、ほとんどの表面に蓄積する薄い水分層が電荷を放散する役割を果たすため、静電気の発生を防ぐことができます。
イオン化装置は、絶縁材料を接地できない場合に特に使用されます。イオン化システムは、絶縁材料または誘電体材料の帯電した表面領域を中和するのに役立ちます。2,000 Vを超える摩擦帯電を起こしやすい絶縁材料は、 電界誘導による機器の偶発的な帯電を防ぐため、敏感な機器から少なくとも12インチ離して保管する必要があります。航空機では、翼の後縁やその他の表面に静電気放電器が使用されます。
集積回路の製造業者および使用者は、静電気放電（ESD）を防止するための対策を講じる必要があります。ESD防止はデバイス自体に組み込まれる場合があり、デバイスの入出力ピンに対する特別な設計技術などが含まれます。また、回路レイアウトに合わせて外部保護部品を使用することも可能です。
電子部品やアセンブリは誘電体であるため、デバイスの取り扱い中に静電気の帯電を完全に防ぐことはできません。ESDに敏感な電子アセンブリや部品のほとんどは非常に小さいため、製造や取り扱いは自動化された装置で行われます。そのため、部品が装置の表面に直接接触する工程では、ESD防止対策が重要になります。さらに、静電気放電に敏感な部品が製品自体の他の導電性部分に接続されている場合も、ESDを防止することが重要です。ESDを効果的に防止する方法は、導電性が高すぎず、静電荷をゆっくりと放電する材料を使用することです。これらの材料は静電気散逸性材料と呼ばれ、抵抗値は10 12オームメートル未満です。自動化された製造工程において、ESDに敏感な電子機器の導電性部分に接触する材料は、静電気散逸性材料で作られ、その材料は接地されなければなりません。これらの特殊な材料は電気を伝導しますが、非常にゆっくりと伝導します。蓄積された静電荷は、シリコン回路の内部構造を損傷する可能性のある急激な放電を起こすことなく消散します。
敏感なデバイスは、輸送、取り扱い、保管中に保護する必要があります。静電気の蓄積と放電は、包装材料の表面抵抗と体積抵抗を制御することで最小限に抑えることができます。包装は、輸送中にパック同士が擦れ合うことによる摩擦帯電や摩擦帯電を最小限に抑えるように設計されており、包装材料に静電シールドまたは電磁シールドを組み込む必要がある場合もあります。[ 5 ]一般的な例として、半導体デバイスやコンピュータ部品は通常、部分的に導電性のあるプラスチック製の帯電防止袋 に入れて出荷されます。この袋は、内容物をESDから保護するファラデーケージとして機能します。
人体接触によるESDに対する電子機器の感受性をテストするために、人体モデル（HBM）と呼ばれる特殊な出力回路を備えたESDシミュレータがよく使用されます。これは、コンデンサと抵抗器が直列に接続された構成になっています。コンデンサは外部電源から指定された高電圧まで充電され、その後、抵抗器を通してテスト対象デバイスの電気端子に急激に放電されます。最も広く使用されているモデルの1つは、100ピコファラッドのコンデンサと1,500オームの抵抗器を規定するJEDEC 22-A114-B規格で定義されています。その他の同様の規格には、MIL-STD-883 Method 3015、およびESD AssociationのESD STM5.1があります。情報技術機器に関する欧州連合規格への準拠には、IEC/EN 61000-4-2テスト仕様が使用されます。[ 6 ]機器メーカーの Schaffner が参照する別の仕様では、C = 150 pF、R = 330 Ω を要求しており、これにより高精度の結果が得られます。理論はほぼ確立されていますが、実際の ESD 生存率を測定する企業はごくわずかです。テストセルの形状、ジェネレータの仕様、テストレベル、放電率と波形、「被試験」製品の放電の種類とポイント、および製品の生存性を評価するための機能基準に関するガイドラインと要件が示されています。
帯電デバイスモデル（CDM）テストは、デバイス自体が静電荷を帯び、金属接触によって放電する場合に、デバイスが耐えられるESDを定義するために使用されます。この放電タイプは、電子機器で最も一般的なESDタイプであり、製造時にESDによる損傷の大部分を引き起こします。CDM放電は主に放電の寄生パラメータに依存し、コンポーネントパッケージのサイズとタイプに大きく依存します。最も広く使用されているCDMシミュレーションテストモデルの1つは、JEDECによって定義されています。
その他の標準化されたESD試験回路には、マシンモデル（MM）および伝送線路パルス（TLP）が含まれる。