静电知识1.docx

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静电知识1

静电防护ESD基础知识

1什么叫静电

  即相对静止不动的电荷（Electro-Static），通常指因不同物体之间相互摩擦而产生的在物体表面所带的正负电荷。

2．静电放电（ESD）

  指具有不同静电电位的物体由于直接接触或静电感应所引起的物体之间静电电荷的转移（Electro-Static-Discharge）。

通常指在静电场的能量达到一定程度之后，击穿其间介质而进行放电的现象。

3．静电产生的原因

1）微观原因----根据原子物理理论，电中性时物质处于电平衡状态。

由于不同物质原子的接触产生电子的得失，使物质失去电平衡，产生静电现象。

2）宏观原因---1）物体间摩擦生热，激发电子转移

3）物体间的接触和分离产生电子转移

4）电磁感应造成物体表面电荷的不平衡分布

5）摩擦和电磁感应的综合效应

4．静电造成的危害

1）在过去的十年里，虽然有许多的努力但是静电仍然影响着制造生产量、产品质量、产品可靠性和制造成本等。

业界专家统计每年约有数十亿美金的直接损失，间接的损失（维修、重工、运输等）就更多了。

ESD的损害是电子制造业中最大的不良原因之一（约占8-33%）

静电损害统计表

静电损害阶段

最小损失

最大损失

平均损失

元器件制造业

4%

97%

16-22%

元件贴装业

3%

70%

9-15%

电子组装业

2%

35%

8-14%

使用者

5%

70%

27-33%

2）ESD对电子元器件损害的形式

A．即时失效---产品的功能丧失，在最终检验前能被测试发现。

可以重新维修、测试或报废。

   即时失效约占受静电损害形式的10%。

B．延时失效---产品可以通过所有的检验和测试，到用户使用一段时间后失效，产品性能不稳定，存在潜伏性失效，极不易受控。

只有在过程中预防ESD的损害.延时失效约占受静电损害形式的90%。

5．静电放电模式

1）其他物体对本物体放电-----当一带静电的物体（包括人体）对本物体释放静电时，造成本物体的损坏。

2）对本物体放电-----当本物体带电并对其他物体进行放电时，造成本物体的损坏。

3）电场感应放电-----当一物体聚积大量的静电时，在它的周围就有一个感应的电场，如果静电敏感物体靠近接触到该电场，也会感应生成电压，就可能造成静电敏感物体的损坏。

注：

本物体是静电敏感（ESDS）物体。

6．静电保护安全静电压是多少

1）静电保护的安全静电压和电子元器件本身承受静电损坏的程度有关，有三种方式可以确认元器件的静电承受等级。

A．HBM（HumanBodyModel）人体模式；

B．CDM（ChargedDeviceModel）物体带电模式；

C．（MachineModel）机械模式。

2）大多数电子元器件在小于100V的静电压影响下就会损坏，也有的电子元器件（如磁盘元件）在10V的静电压影响下就失效了。

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1.静电产生的原因：

常用物品的摩擦起电序列：

下表中越靠左侧的物品，越易产生负电荷；反之，越靠右侧的物品，越易产生正电荷。

亦即，在序列中距离越远的物品之间相互接触分离或摩擦，产生的静电电位就越高。

（-）

（+）

聚乙烯

金

银

铜

硬橡皮

棉花

纸

铝

羊毛

尼龙

人的头发

玻璃

人手

典型的静电电压

静电电荷源

测得的电压（V）

10%--20%RH

65%--90%RH

走过地毯

35000

1500

在聚烯烃类塑料地面行走

12000

250

工作台旁操作的工人

6000

100

翻动聚乙烯膜封皮的说明书

7000

600

从工作台拾起普通聚乙烯袋

20000

1200

垫有聚氨酯泡沫的工作椅

18000

1500

2．静电在工业生产中造成的危害

静电的产生在工业生产中是不可避免的，其造成的危害主要可归结为以下两种机理：

其一：

静电放电（ESD）造成的危害：

（1）引起电子设备的故障或误动作，造成电磁干扰。

（2）击穿集成电路和精密的电子元件，或者促使元件老化，降低生产成品率。

（3）高压静电放电造成电击，危及人身安全。

（4）在多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所极易引起爆炸和火灾。

其二，静电引力（ESA）造成的危害：

（1）电子工业：

吸附灰尘，造成集成电路和半导体元件的污染，大大降低成品率。

（2）胶片和塑料工业：

使胶片或薄膜收卷不齐；胶片、CD塑盘沾染灰尘，影响品质。

（3）造纸印刷工业：

纸张收卷不齐，套印不准，吸污严重，甚至纸张黏结，影响生产。

（4）纺织工业：

造成根丝飘动、缠花断头、纱线纠结等危害。

静电的危害有目共睹，现在越来越多的厂家已经开始实施各种程度的防静电措施和工程。

但是，要认识到，完善有效的防静电工程要依照不同企业和不同作业对象的实际情况，制定相应的对策。

防静电措施应是系统的、全面的，否则，可能会事倍功半，甚至造成破坏性的反作用。

防静电基本要求

一、静电防护的基本原则

a、抑制静电荷的积聚；

b、迅速、安全、有效地消除已经产生的静电荷。

二、防静电工作区场地

1、地面材料

a、禁止直接使用木质地板或铺设毛、麻、化纤地毯及普通地板革。

b、应该选用由静电导体材料构成的地面，如防静电活动地板或在普通地面上铺设防静电地垫，并有效接地。

c、允许使用经特殊处理过的水磨石地面，如事先敷设地线网、渗碳或在地面喷涂抗静电剂等。

2、接地

a、防静电系统须有独立可靠的接地装置，接地电阻一般小于10Ω，埋设与检测方法应符合GBJ97的要求。

b、防静电地线不得接在电源零线上，不得与防雷地线共用。

c、使用三相五线制供电，其大地线可以作为防静电地线（但零线、地线不得混接）。

d、接地主干线截面积应不小于100mm2；支干线截面积应不小于6mm2；设备和工作台的接地线应采用截面积不小于1.25mm2的多股敷塑导线，接地线颜色以黄绿色线为宜。

e、接地主干线的连接方式应采用钎焊。

f、防静电设备连接端子应确保接触可靠，易装拆，允许使用各种夹式连接器，如锷鱼夹、插头座等。

3、天花板材料

天花板材料应选用抗静电型材料制品，一般情况下允许使用石膏板制品，禁止使用普通塑料制品。

4、墙壁面料

墙壁面料应使用抗静电型墙纸，一般情况下允许使用石膏涂料或石灰涂料墙面，禁止使用普通墙纸及塑料墙纸。

5、湿度控制

a、防静电工作区的环境相对湿度以不低于50%为宜。

b、在不对产品造成有害影响前提下，允许使用增湿设备喷洒制剂或水，以增加环境湿度。

c、计算机房的湿度应符合GB2887中的有关规定，类似的机房也应符合此规定。

6、区域界限

防静电工作区应标明区域界限，并在明显处悬挂警示标志，警示标志应符合GJB1649规定，工作区入口处应配置离子化空气风浴设备。

7、电荷源

在防静电工作区内禁止使用及接触易产生静电荷的电荷源（见表1）。

类别

电荷源

工作台表面

油漆或浸漆表面，普通塑料贴面，普通乙烯及树脂表面。

地板

塑料及普通地板革，抛光打蜡木地板。

普通乙烯树脂。

工作服，帽，鞋

普通涤纶，合成纤维及尼龙面料，塑料及普通胶底鞋。

操作工具及设备

普通塑料盒，架，瓶，盘用品及纸制品，普通泡沫及一般移动工具，压缩机，喷射设备，蒸发设备等。

三、电子产品防静电设施

1、静电安全工作台

a、静电安全工作台是防静电工作区的基本组成部分，它由工作台、防静电桌垫、腕带接头和接大地线等组成。

b、防静电桌垫上应不少于两个腕带接头，一个供操作员使用，另一个供技术人员，检验人员或其它人员使用。

c、必要时，静电安全工作台上应配备离子风静电消除器。

d、静电安全工作台上不允许堆放塑料盒（片）、橡皮、纸板、玻璃等易产生静电的杂物，图纸资料等应装入防静电文件袋内。

2、防静电腕带

直接接触静电敏感器件的人员均应戴防静电腕带，腕带应与人体皮肤有良好接触，腕带必须对人体无刺激、无过敏影响，腕带系统对地电阻值应在106～108Ω范围内。

3、防静电容器

在电子设备研制生产过程中，一切贮存、周转SSD的容器（元器件袋、转运箱、印制板架、元器件存放盒等）应具备静电防护性能。

不允许使用金属和普通塑料容器。

必要时，存放部件用的周转箱应接地。

4、离子风静电消除器

消除绝缘材料表面的静电荷应使用离子风静电消除器。

5、防静电工作服

a、进入防静电工作区或接触SSD的人员应穿防静电工作服，防静电工作服面料应符合GB12014规定。

b、在相对湿度大于50%的环境中，防静电工作服允许选用纯棉制品。

6、防静电工作鞋

进入防静电工作区或接触SSD的人员应穿防静电工作鞋，防静电工作鞋应符合GB4385的有关规定。

一般情况下允许穿普通鞋，但应同时使用导电鞋束或脚跟带。

7、防静电运输车

转运SSD或含有SSD的整、部件时，应采用有防静电性能的运输车。

四、电子产品防静电器材基本配置

各种防静电器材基本配置见表2

配置部位

元器件待验

元及器老件化检筛验选

元器件库房

元器件预处理

设计工实艺验室

装

配

调试

机房

维修

外场维修

运输

配置相目

器材名称

防静电元件存放架

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静电识别标签

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防静电元件盒（袋）

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防静电桌垫

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防静电地垫

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防静电周转箱

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防静电运输车

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防静电工作服

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防静电腕带

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腕带监视器

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导电鞋束

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防静电工作鞋

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防静电工作手表

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防静电烙铁

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防静电吸锡器

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防静电印制板架

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静电电压表

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离子风静电消除器

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防静电维修箱（包）

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防静电海棉泡沫

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防静电接大地线（带）

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防静电工作区标志牌

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防静电文件袋

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抗静电剂（溶剂）

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静电监测设备

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注：

★表示必须配置项目。

☆表示需要时配置项目或局部区域配置项目

静电的主要来源

在实验室中通常碰到的典型主要电荷列于表A2。

这些主要电荷基本上是绝缘体，并且是典型的合成材料。

由于这些绝缘体上载有的静电荷不易分布在物体的全部表面上或传导到另一个接触中的物体上，所以所产生的静电电压平是非常高的。

一些绝缘材料的导电性在高湿度条件之下在绝缘表面上通过吸湿而增加，即形成往往会在材料表面上分散静态电荷的一层轻微导电水气层。

在典型实验室中从普通塑料上产生15000V并不是罕见的。

表A3给出了在实验室中所产生的典型静电电压。

根据这些静电电压电平按照关系式Ｑ＝CV（见二/2条）可求出物体上的相应电荷（Ｑ）。

物体或过程

材料或活动

工作表面

打蜡的、油漆的或涂漆的表面

普通乙烯基或塑料

地板

密封后的混凝土

打蜡的、油漆的木板

普通乙烯基砖或薄板

服装

普通洁净室工作服

普通合成纤维织物工作外套

非导电鞋纯棉1）

椅

油漆的木制椅子

乙烯基椅子

玻璃纤维椅子

包装和处置

普通塑料-袋、包皮、外套

普通气泡容器，泡沫材料

普通塑料盒，塑料搬运箱，小瓶，元件贮存器

组装、清洗、测试和修理区

喷洒式清洗器

普通塑料吸锡器

未接地的烙铁.刷子（人造硬毛）

用液体或汽体来清洗或干燥

烘箱.低温喷洒

热喷枪和风机.喷砂.静电复印机

典型的静电电压

静电电荷源

测得的电压（V）

10%--20%RH

65%--90%RH

走过地毯

35000

1500

在聚烯烃类塑料地面行走

12000

250

工作台旁操作的工人

6000

100

翻动聚乙烯膜封皮的说明书

7000

600

从工作台拾起普通聚乙烯袋

20000

1200

垫有聚氨酯泡沫的工作椅

18000

1500

静电测量的主要参数

一、电荷量

静电的实质是存在剩余电荷。

电荷是所有的有关静电现象本质方面的物理量。

电位、电场、电流等有关的量都是由于电荷的存在或电荷的移动而产生的物理量。

在科研院所、高等院校、检测站和工矿企业等部门经常需要测量物体的电荷量或电荷密度。

表示静电电荷量的多少用电量Ｑ表示，其单位是库仑Ｃ，由于库仑的单位太大通常用微库或纳库：

1库仑＝1000000微库1微库＝1000000纳库

在测量粉体带电及其荷质比，测量防静电服的性能时都要测量其带电电荷量。

测量物体的带电电量从原理上说可用法拉第简和静电计及静电电容测量，但这种方法测量繁琐，误差较大，而且对于非静电技术人员使用时更时因难。

现有一种准确迅速测量物体电荷量的专用仪器－EST111数字电荷仪/EST112数字电量表。

使用极为方便，受到广大科研单位和厂硫企业如全国各防静电服生产的好评。

其使用单位有：

西北纺织工学院、劳动部劳保科学研究所、北京科技大学、中国矿业大学等。

二、静电电压

于在很多场合测量静电电位较容易，另一个常用的静电参数是静电电位，其单位为伏,但由于静电电压通常很高,因此常用一个较大的单位-千伏（kV）。

测量静电电压的仪表通常分为接触式和非接触式,对于测量有源带电体如静电发生器（高压电源）等的静电电压常用接触式，测量这类静电可用Ｑ－Ｖ系列静电表。

但由于接触式仪器在与被测物体接触时会使带电物体的静电放电，而使而电荷量减少或使带电物体的电容增加，这两个因素都将使物体的静电电位降低，因而测出的结果与物体真实带电情况相差较大，所以这在测量许多物体的静电电压时更常用的方法是用非接触式静电电压表，这种仪表在测量时不与初测物体任何接触，因而对被测量物体的静电影响很小，常用的仪表有EST101型防爆静电电压表，这种仪表不但在一般场所能准确迅速测量出物体的静电电压，而且可在对防爆要求很高的场所使用，其重量轻、体积小，价格也很低，因而在国内得到广泛使用，如全军各油库、弹药、火工品、石油、化工、纺织、造纸、橡胶、印刷、计算机等行业等。

其它的一些物理量还有电场强度。

静电的利与弊

我们知道，摩擦可以起电，摩擦后的正负电荷是被束缚在带电体上的，它不能象电线中的电荷那样定向移动。

所以，人们称之为静电荷，简称静电。

静电的危害很多，它的第一种危害来源于带电体的互相作用。

在飞机机体与空气、水气、灰尘等微粒摩擦时会使飞机带电，如果不采取措施，将会严重干扰飞机无线电设备的正常工作，使飞机变成聋子和瞎子；在印刷厂里，纸页之间的静电，会使纸页粘合在一起，难以分开，给印刷带来麻烦；在制药厂里，由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度；在放电视时荧光屏表面的静电容易吸附灰尘和油污，形成一层尘埃的薄膜，使图像的清晰程度和亮度降低；就连混纺衣服上常见而又不易拍掉的灰尘，也是静电捣的鬼。

静电的第二大危害，是有可能因静电火花点燃某些易燃物体而发生爆炸。

漆黑的夜晚，我们脱尼龙，毛料衣服时，会发出火花和"叭叭"的响声，这对人体基本无害。

但在手术台上，静电火花会引起麻醉剂的爆炸，伤害医生和病人；在煤矿，则会引起瓦斯爆炸，导致工人死伤，矿井报废。

谁能断言1997年12月29日挪威油轮"伊斯特拉"号突然爆炸不是静电闯的祸?

谁能肯定1990年震惊全国的哈尔滨亚麻厂车间爆炸不是静电火花引起的?

总之，静电危害起因于静电力和静电火花，静电危害中最严重的静电放电引起可燃物的起火和爆炸。

人们常说，防患于未燃，防止产生静电的措施一般都是降低流速和流量，改造起电强烈的工艺环节，采用起电较少的设备材料等。

最简单又最可靠的办法是用导线把设备接地，这样可以把电荷引入大地，避免静电积累。

细心的乘客大概会发现，在飞机的两侧翼尖及飞机的尾部都装有放电刷，飞机着陆时，为了防止乘客下飞机时被电击，飞机起落架上大都使用特制的接地轮胎或接地线，以泄放掉飞机在空中所产生的静电荷。

我们还经常看到油罐车的尾部拖一条铁链，这就是车的接地线。

适当增加工作环境的湿度，让电荷随时放出，也可以有效地消除静电。

潮湿的天气里不容易做好静电试验，就是这个道理。

科研人员研究的抗静电剂，则能很好地消除绝缘体内部的静电.

然而，作何事物都有两面性。

对于静电，只要摸透了它的脾气，扬长避短，也能让它为人类服务。

比如，静电印花、静电喷涂、静电植绒、静电除尘和静电分选技术等，已在工业生产和生活中得到广泛应用。

静电也开始在淡化海水，喷洒农药、人工降雨、低温冷冻等许多方面大显身手，甚至在宇宙飞船上也安装有静电加料器等静电装置。

美国联邦标准FS209的空气洁净度级别

级别名称

0.1um

0.2um

0.3um

0.5um

5um

容积单位

容积单位

容积单位

容积单位

容积单位

国际单位

英制单位

（m3）（ft3）

（m3）（ft3）

（m3）（ft3）

（m3）（ft3）

（m3）（ft3）

M1.5

1

124035.3

2657.50

1063.00

35.31.00

.......

m2.5

10

1240350

26500750

106030.0

35310.0

.......

m3.5

100

......

26500750

10600300

3530100

.......

M4.5

1000

......

......

......

35300100

247.77.00

M5.5

10000

......

......

......

3530001000

247070.0

M6.5

100000

......

......

......

3530000100000

247000700

气载微业洁净等级（ISO14644-1）

ISOClassificationNumber

MaxlmumConcentrationlimit（particles/M3ofair）equaltoorlargerthanconsideredsizesshownbolew

0.1um

0.2um

0.3um

0.5um

1um

5um

ISI01

10

2

ISI02

100

24

10

4

ISI03

1,000

237

102

35

ISI04

10,000

2,370

1020

352

83

ISI05

100,000

237,000

10,2000

3,520

832

29

ISI06

1,000,000

237,000

102,000

35,5200

8,320

293

ISI07

352,000

83,200

2,930

ISI08

3,520,000

832,000

29,300

ISI09

35,200,000

8,320,000

293,000

防护材料类别

静电防护材料通常以其电阻率作为类别划分标志。

分为静电导体（导静电）材料和静电耗散（耗散静电）材料。

早期有抗静电材料类别的提法：

1）静电导体材料

指其表面或物体内部导电的材料，一般将表面电阻率小于或等于1×105Ω/m2或体积电阻率小于或等于1×104Ω·cm的静电防护材料划归静电导体材料类。

其中，又将表面电阻率小于×104Ω/m2或体积电阻率小于或等于1×103Ω·cm的材料定义为静电屏蔽材料，即静电屏蔽材料属于静电导体材料的一部分。

2）静电耗散材料

指能快速耗散其表面或物体内部静电荷的材料。

其所具有的电阻率范围一些标准规定不一，较多的标准（例如现行MIL标准和最近两年出台的IEC标准草案）规定，表面电阻率大于1×105Ω/m2但小于或等于1×1012Ω/m2，或体积电阻率大于1×104Ω·cm但小于1×1011Ω·cm的静电防护材料为静电耗散材料。

3）抗静电