静电安全讲义

靜電知識及其防護技術講義前言ESD是什么意思?ESD是代表英文ElectroStaticDischarge即静电放电的意思。ＥＳＤ是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应如电流热（火花）效应（如静电引起的着火与爆炸）及和电磁效应（如电磁干扰）等的学科。近年来随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂，对静电放电的电磁场效应如电磁干扰（ＥＭＩ）及电磁兼容性（ＥＭＣ）问题越来越重视。ESD防护工作的意义近半個世纪以来ESD在工业部门所造成了火災、爆炸等事故。仅美国电子工业每年因静电造成的损失达几百亿美圆，因此，ＥＳＤ防护对于减少损失、提高产品质量与生产效率具有非常重要意义。1979年8月16日,原航空工業部西安國營113廠因違章使用汽油拖洗地面,發生重大火災爆炸事故,造成6人死亡,13人重傷,2人輕傷,直接經濟損失3.8萬元.此次事故的原因是多方面的,但最主要的原因是操作工人違反工廠安全操作規程規定,違章使用汽油拖地,使大量的汽油在氣溫很高的情況下大量揮發,產生的汽油混合氣體達到了爆炸極限,在遇到拖地產生的靜電火花后而發生爆炸的.二十世紀70前代以前，很多静电问题都是由于人们没有ESD意识而造成的，即使现在也有很多人怀疑ESD会对电子产品造成损坏。这是因为大多数ＥＳＤ损害发生在人的感觉以下,因为人体对静电放电的感知电压约为3ＫＶ，而许多电子元件在几百伏甚至几十伏时就会损坏，通常电子器件被ＥＳＤ损坏后没有明显的界限，把元件安装在PCB上以后再检测，结果出现很多问题，分析也相当困难。特别是潜在损坏，即使用精密仪器也很难测量出其性能有明显的变化，所以很都电子工程师和设计人员都怀疑ESD，近年但实验证实，这种潜在损坏在一定时间以后，电子产品的可靠性明显下降。为什么要提高ESD防护意识你知道吗，你身上和你周围就带有很高的静电电压，几百伏、几千伏甚至几万伏。特别是在干燥的季节当你脱衣服或用手去触摸金属体时会产生电击感，此时你带静电达几千伏至几万伏以上。静电学是十八世纪以前以库仑定律为基础建立起的以研究静止电荷及场作用规律的学科，是物理学中电磁学的一个重要组成部分。静电工程学系指从十九世纪初到现在形成的以静电学为基础而研究静电危害及其防护和静电应用技术的专门科学。其主要研究内容有静电应用技术如静电除尘、静电复印、静电生物效应等以及静电防护技术如电子工业、石油工业、兵器工业、纺织工业、橡胶工业以及航天与军事领域等防静电危害问题。静电放电（ＥＳＤ--ElectroStaticDischarge）问题是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应如电流热（火花）效应和电磁效应等的学科。近年来随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂，对静电放电的电磁场效应如电磁干扰（ＥＭＩ）及电磁兼容性（ＥＭＣ）问题越来越重视。静电简介(繼上頁)在二十世纪中期，随着工业生产的高速发展以及高分子材料的迅速推广应用,一方面，一些电阻率很高的高分子材料如塑料,橡胶等的制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化,使得静电能积累到很高的程度,另一方面，静电敏感材料的生产和使用,如轻质油品,火药,固态电子器件等,工矿企业部门受静电的危害也越来越突出,静电危害造成了相当严重的后果和损失。它曾使得它造成电子工业年损失达上百亿美元，这还不包括潜在的损失。在航天工业，静电放电造成火箭和卫星发射失败，干扰航天飞行器的运行。在石化工业，美国从1960年到1975年由于静电引起的火灾爆炸事故达116起。1969年底在不到一个月的时间内荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发生爆炸以后引起了世界科学家对静电防护的关注。我国近年来在石化企业曾发生30多起较大的静电事故,其中损失达百万元以上的有数起。例如上海某石化公司的2000米3甲苯罐,山东某石化公司的胶渣罐,抚顺某石化公司的航煤罐等都因静电造成了严重火灾爆炸事故。二次世界大战后许多工业发达国家都建立了静电研究机构。物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子中有带负电的电子和带正电荷的质子组成。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子核而侵入其他的原子B，A原子因缺少电子数而带有正电现象，称为阳离子、B原子因增加电子数而呈带负电现象，称为阴离子。(如图所示)造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道，这个外力包含各种能量(如动能、位能、热能、化学能……等)在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。(轉下頁)静电的产生当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电，在日常生活中脱衣服产生的静电也是“接触分离”起电。固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电。为什么气体也会产生静电呢？因为气体也是由分子、原子组成，当空气流动时分子、原子也会发生“接触分离”而起电。所以在我们的周围环境甚至我们的身上都会带有不同程度的静电，当静电积累到一定程度时就会发生放电。(接上頁)影響靜電產生的因素(1).物體的特性指相互摩擦或互相接觸和分離的兩物體的特性.通常兩物體在靜電序列(指相互接觸和分離的兩物體產生靜電電荷的極性排列序列)中排位越近,其相互摩擦或接觸,分離后產生的靜電量越小,反之越大.此外,當物體含有雜質時,有增加靜電產生量的傾向.(2).物體的表面狀態表面光滑的物體產生的靜電量較小,而被油,水污染或氧化形成粗糙表面的物體,有增加靜電量的傾向.(3).物體曾帶電的履歷物體在最初接觸和分離時產生的靜電量較大,反復接觸和分離則靜電量有減小的趨向.(4).接觸面積和接觸壓力接觸面積和接觸壓力越大,產生的靜電量一般也越大.(5)分離速度分離速度直接影響分離過程中電荷的中和程度,因而也影響靜電的產生.分離速度快,給予電荷分離的能量就大,因而靜電的產生量也大.靜電的特點1.靜電電量小而電壓高.2.高壓靜電可能放電.3.絕緣體上的靜電消失很慢.4.靜電感應.5.靜電屏蔽.答：能！除物体除接触后分离能起电外，当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电，如下图1所示。当物体Ａ与Ｃ发生放电时会造成Ｃ与Ｂ之间放电，如下图2所示。若Ｃ与Ｂ之间不发生放电，则Ｃ会带上剩余的电荷，如下图3所示。物体不接触也能起电吗？图1图2图3人體為什么會帶電?在幹燥的冬季,人們用手開關水龍頭時,常有電擊的感覺;見面互相握手,有時感到手上有電流流過;在黑夜間用手摸未接電源的日光燈,燈管會短時發亮.這些現象表明,有時人體會帶電.人體為什么會帶電呢?1.兩種緊密靠近的物體快速分離,兩種絕緣物質互相摩擦都會帶電.2.人在強電場中活動,如在電視機或靜電復印機旁活動,人體會因靜電感應起電而帶電.如果人們工作的場所空氣中存在帶電離子微塵,人體可以經過吸附巒得帶電.由於人體對靜電來說是導體,導體是等電位體.因此,人體一部分帶電即可造成全身帶電,人體帶的電荷可通過腳接觸地面而泄入大地,但是,如果穿的是高絕緣強度的塑料底鞋等,即人體成為帶電的孤立導體,人與大地之間構成一個電容器.影響人體帶電電壓的因素人體帶電的電壓和人體聚集電荷的多少成正比,和人體電容成反比.人體產生電荷的多少與穿著衣服的材料有關,人產穿著的外衣和內衣如果是兩種材料制成的,這兩種材料在靜電序列中的位置相距越遠,產生的靜電荷就越多,人體的靜電電壓就越高.人們活動量越大,操作速度越快,產生的靜電荷就多,人體帶靜電電壓就越高.地面電阻,鞋底電阻和衣服電阻對人體靜電影響也很大,上述電阻越大,人體聚集的電荷不易泄漏,易保持比較高的電壓.人體的電容與站立的姿勢,活動的狀態,人體的體重有關,雙腳對地電容占有主要地位,人體站立時,如果一腳離地,電容將明顯巒小,由於在電荷不巒的情況下,電壓和電容成反比,所以電容巒小,人體電壓將明顯提高.人体身上的静电有多高?在干燥的季节若穿上化纤衣服和绝缘鞋在绝缘的地面行走等活动，人体身上的静电可达几千伏甚至几万伏。下表是在两种不同湿度条件下人体活动产生的静电电位。在干燥的季节，人体静电可达几千伏甚至几万伏。人體活動靜電電位(KV)相對濕度RH(10-20)%RH(65-90)%人在地毯上走動3515人在乙烯樹脂地板上行走120.25人在工作台上操作60.1包工作說明書的乙烯樹脂封皮70.6從工作台上拿起普通乙烯袋201.2從墊有聚氨基甲酸泡沫工作椅上站起181.5静电是时时刻刻到处存在的，但是在二十世纪40－50年代很少有静电问题，因为那时是晶体三极管和二极管，而所产生静电也不如现在普遍存在。在60年代，随着对静电非常敏感的ＭＯＳ器件的出现，静电问题也出现了，到70年代静电问题越来越来严重。80－90年代，随着集成电路的密度越来越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越来越薄（微米－纳米），其承受的静电电压越来越低，另一方面，产生和积累静电的材料如塑料，橡胶等大量使用，使得静电越来越普遍存在，仅美国电子工业每年因静电造成的损失达几百亿美圆，因此静电防护已成为电子工业的隐形杀手。是电子工业普遍存在的”硬病毒”，在某个时刻内外因条件具备时就要发作。电子工业的静电问题是如何的产生的?靜電的危害1.爆炸和火災:爆炸和火災是靜電最大的危害.在可燃液體,氣體的輸送和貯存面粉,鋸末,煤粉,紡織等作業的場所都有靜電產生,而這些場所空氣中常有氣體,蒸氣爆炸混合物或有粉塵,纖維爆炸混合物,靜電火花有可能導致火災甚至爆炸.2.電擊:生產工藝過程中產生的靜電能量很小,電擊不致使人致命.但人體可能因電擊引起墜落,摔倒等二次事故;電擊還可能使工作人員精神緊張而引起操作事故.3.妨礙生產:靜電除造成不安全因素外,還可能直接影響生產,降低產品質量.例如,靜電使粉體吸附於設備,影響粉體的過濾和輸送;在紡織行業,靜電使纖維纏織,吸附塵土,降低紡織呂質量;在印刷行業,靜電使紙張不齊,不能分開,影響印刷速度和降低印刷質量;靜電還可能引起電力,電子元件誤動作等等.靜電對人體的危害3.人體靜電對人體的危害是刺激神經,引起不安,影響工作.實驗證明,人體在帶靜電過高的情況下,可產生焦燥不安和頭痛的感覺.2.人體所帶電荷足夠多時,在與接地體接觸時就會產生電火花.這些電火花如發生在存有易燃易爆氣體的環境,就要引起爆炸著火事故.1.對人體產生電擊.导体产生引燃的界限当带电导体积蓄的静电能量大于可燃性物质的最小引燃能量W时，便可产生引燃。所以产生引燃的电位为CV2/2为导体的静电电容量。国家标准《防止静电事故通用导则》中5.1.2条指出当导体电压低于1.5KV时,不会因静电引燃最小引燃能量大于0.25ｍＪ的可燃性气体。国外一些标准规定导体的静电安全电压约1KV至几百伏。人体带电电位约为3KV时便会遭到电击。靜電對電子產品的危害1.静电对电子产品损害有哪些形式?静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会产生放电电流。这三种特性能对电子元件的三种影响：1．静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻（缩短寿命）。2．静电放电破坏，使元件受损不能工作(完全破坏)。3．静电放电电场或电流产生的热，使元件受伤（潜在损伤）。4．静电放电产生的电磁场幅度很大（达几百伏/米）频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子产器造成干扰甚至损坏（电磁干扰）如果元件全部破坏，必能在生产及品管中被察觉而排除，影响较小，如果元件轻微受损，在正常测试下不易发现，在这种情形下，常会因经过多层之加工，甚至已在使用时，才发现破坏，不但检查不易，而且其损失亦难以预测。要耗费多少人力及财力才能清查出所有问题，而且如果在使用时才察觉故障，其损失将可能巨大。1.隐蔽性人体不能直接感知静电除非发生静电放电,但是发生静电放