静電気放電（ESD）とは、ある物体から接地面へ、2つの物体間で、あるいは物体と人との間で、静電エネルギーが突然放出される現象です。2つの導電体の間に異なる静電電位が存在する限り、放電が発生する可能性があります。ただし、その前に、まず静電気の基礎について簡単に触れておきましょう。

静電気とは

基本的な教科書的説明では、静電気は物体や材料内の正電荷と負電荷の不均衡の結果として発生するとされています。これは通常、ある材料が別の材料と接触してから離れる（または動く）ことによって引き起こされ、材料間で負電荷、すなわち電子が移動します。電子を失った材料は正に帯電し、電子を得た材料は負に帯電します。この不均衡により、他の物体に影響を及ぼし得る測定可能な電場が生じます。 

移動した電子は受け取った物体の表面に蓄積されることがありますが、放出、すなわち放電されるまでは静止したままである傾向があります。したがって、これは静止した状態にある電荷、言い換えれば「静」電気ということになります。

この静電荷の生成は、摩擦帯電として知られています。静電荷はクーロン単位で測定されます。クーロン（C）は国際単位系（SI）における電荷の単位で、1アンペアの電流が1秒間に運ぶ電気量に相当します。しかし、より一般的には、静電荷は測定対象の材料の電場強度、すなわち表面電圧として表されます。

摩擦帯電は、大気中の水滴やすす粒子、さらには人体まで含め、ほぼすべての材料にある程度影響を及ぼす可能性があります。乾燥した冬の日にカーペットの上を歩いた後、あなたとペットの犬や猫が触れ合うだけで、二人（匹）とも同時にこれを体感することがあります。

ESDの問題点

既述の通り、静電気の電荷は物体の表面に蓄積され、放出、すなわち突然放電される条件が整うまで蓄積され続けることがあります。ESDとは、静電荷がある物体から別の物体へ急速に移動する現象です。基本的に、ESDは帯電した物体が突然電気的に中性になったときに発生します。この移動する電荷の量は、物体を構成する材料の特性、両者の接触面積、空気の相対湿度、物体の分離速度など、さまざまな要因の影響を受けます。

移動する電荷は通常、2つの導電性物体が互いに接近する際に、その間に生じる火花を通じて流れます。この現象は何百年も前から知られており、制御しなければ深刻な問題を引き起こす可能性があります。例えば、軍隊では何世紀にもわたり、真鍮製の火薬入れなどの装置や材料を用いて、現場でESDが誤って火薬に引火するのを防いできました。 

弾薬や爆発物の製造に加え、静電気やESDは医薬品、石油化学、繊維、塗装、プラスチック、印刷など、多くの分野の作業にも影響を及ぼす可能性があります。現代の電子機器の発展と小型化の進展により、電子部品サプライチェーンのあらゆる段階でESDの悪影響がさらに顕著になっています。これは製品の歩留まり、コスト、品質、信頼性、そして最終的には収益性に悪影響を及ぼす可能性があります。 

電子機器へのESDの影響

ESDはさまざまな電子部品に損傷を与える可能性があり、公表されている仕様を満たせなくなったり、デバイスが完全に故障したりすることもあります。影響を受けやすい部品は、単純なダイオードから高価な集積回路（IC）まで多岐にわたります。ESD電圧は数ボルトから数キロボルトに及ぶことがありますが、100V以下の放電でも問題を引き起こす可能性があります。作業台からビニール袋を持ち上げるだけで1,200～20,000ボルトが発生し得ることを考えれば、その深刻さがわかります。

IC部品では、ESD電流がチップに穴を開けたり、接点やインターフェースの損傷、焼損を引き起こしたりすることがあります。ESDによる損傷は、IC内の発熱を増大させ、基板上の近接部品に熱的損傷を与えることもあります。

デバイス上に静電荷が蓄積されるということは、その周囲に静電場と力線が生じることも意味します。この電場に接近する他の導電性デバイスは、誘導によって分極する可能性があります。接地された状態で別のESD感受性デバイスがこの電場に入ると、電荷の移動が発生することがあります。

敏感な部品へのESD損傷は通常、材料または人体から感受性デバイスへの放電、感受性デバイス自体からの放電、あるいは電場によって誘発された電荷によって引き起こされます。損傷が発生するかどうかは、感受性デバイスが該当する電圧に耐えられるか、あるいは放電のエネルギーを消散できるかによって決まります。現在のESD防止・軽減ソリューションの一部については、別の記事で解説しています。

ESDによる部品損傷の種類

ESDイベントによって引き起こされる可能性のある部品損傷の種類には、以下のものがあります。

• パラメトリック故障 – ESDイベントにより、影響を受けた部品の規定性能パラメータの1つ以上が変化するものの、部品自体は機能を失わない場合。
• 破壊的故障 – ESDイベントにより感受性部品が完全に損傷し、機能しなくなる場合に発生します。
• 潜在的損傷 – 測定や目視検査では検出されないESDによる部品損傷ですが、部品への動作ストレスや使用寿命の低下により、最終的にはデバイスの劣化や故障を引き起こす可能性があります。

詳細情報

私たちの友人であるCircuitBreadは、接地や回路保護を含む電子部品の取り扱いに関する有益な情報を数多く提供しています。彼らのコンテンツは、 www.circuitbread.comでご覧いただけます。また、この件についてCircuitBreadが述べている内容もぜひご確認ください。 What is Electrostatic Discharge?

また、当サイトで公開している「How to Prevent Electrostatic Discharge」の記事で、ESDに関する知識をさらに深めることもできます。 

まとめ

ほぼすべての材料は、人間も含め、静電荷を蓄積することができ、突然放出された際には物体に損傷を与える可能性があります。この電荷の量は、材料の構成、接触・分離の速度、空気中の湿度、その他の要因によって決まります。 

ESDは電子部品を含むデバイスに損傷を与える可能性があります。この損傷は、製造から試験、取り扱い、出荷、さらには現場での別システムやサービスへの組み込みに至るまで、サプライチェーンのあらゆる段階で発生し得ます。この損傷は、損傷を受けた部品自体にとどまらず、それが実装されている基板の修理や手直しにもコストがかかるため、高くつく可能性があります。ESDに対する感受性は、部品の種類によって大きく異なります。ESDの防止・軽減のための手順やシステムは有用であり、当サイトの別の記事で取り上げています。