靜電的產(chǎn)生與消除.doc

1、靜電的產(chǎn)生與消除基礎(chǔ)知識(shí)篇1何謂靜電l-1 何時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電?大家都很熟悉，當(dāng)兩個(gè)物體摩擦?xí)r，便會(huì)產(chǎn)生靜電。 一般來說，靜電會(huì)正當(dāng)兩個(gè)物體的接觸與分離(剝離)、摩擦、物體的變形、及離子附著等情況下產(chǎn)生。(1)脫毛衣時(shí)(2)物體摩擦?xí)r(3)剝開相接觸的物品時(shí)(4)氣體或液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)在制造工廠的現(xiàn)場(chǎng)中，因反復(fù)進(jìn)行摩擦及剝離的次數(shù)之多，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一般生活所難以想象的大量靜電。1-2 人體帶電與電擊之間的關(guān)系人體帶電量(kV)電擊的程度下車時(shí)，感到觸電，便有3KV !1.0完全沒感覺3.0感到刺痛5.0于掌，甚至手腕感到發(fā)麻7.0手掌感到強(qiáng)烈的疼痛，同時(shí)也覺得麻痹10.0整個(gè)手都覺得痛，并且感到觸電

2、12.0感覺到整個(gè)子受到強(qiáng)烈的沖擊1-3靜電造成的問題案例 在制造現(xiàn)場(chǎng)中，由于靜電的緣故，造成機(jī)械停機(jī)、生產(chǎn)出不；良產(chǎn)品等故障情形。在此，實(shí)際介紹一些靜電造成的事故案例。吸附失誤的多張運(yùn)送零件進(jìn)抖器阻塞 成型品的排出失誤、脫模失敗造成工作人員不適薄膜的卷起或卷取不良因?yàn)楫愇锔街斐傻耐垦b不均勻2何謂除電?除電是怎幺一回事?所渭除電，足將物體表山因磨擦等方式而累積的靜電(+，-)，轉(zhuǎn)變成0V狀態(tài)。 靜電對(duì)策會(huì)依帶電物體的不同，而有不同的方法。采取錯(cuò)誤的對(duì)策時(shí)，有時(shí)非但沒有除電效果，反而會(huì)造成反帶電。在下一章，將介紹依不同帶電物而提出的除電政策。2-1導(dǎo)體的除靜電對(duì)策 僅需接地即可簡(jiǎn)單方法!鋁、鐵

3、等的金屬物(導(dǎo)體)帶電時(shí)，只需進(jìn)行接地，便能使帶電量變?yōu)?V。金屬滾輪 0V 接地線2-2絕緣體的除靜電對(duì)策 使用導(dǎo)電性高的物質(zhì)時(shí)(導(dǎo)電化).即使接地也無(wú)法去除靜電的絕緣體(樹脂的成型品或橡膠等)，在進(jìn)行除電時(shí)，采用“導(dǎo)電化”的方法。本法可以分成兩種，一是在產(chǎn)品或材料本身，混合導(dǎo)電性材料(石墨或金屬粉等)：第二種方法是在表面涂上一層耐電防止劑。對(duì)策例導(dǎo)電化 導(dǎo)電性塑料導(dǎo)電性橡膠薄膜帶電防止噴劑 采用除電刷、除電帶的靜電對(duì)策(自我放電式)除電刷及除屯帶直接與接地線連接，利用對(duì)象物的靜電力來進(jìn)行除電。由于不需要使用電源，因此是一種安裝簡(jiǎn)便的對(duì)策。除電刷及帶電構(gòu)造接地線3除電刷及除電帶的除電原理3-

4、1原理1)當(dāng)除電刷靠近帶電物時(shí)，藉由靜電誘導(dǎo)，除電刷的纖維尖端，會(huì)聚集與帶電物極性相反的電荷。*電荷量與帶電物的帶電量成正比。2)聚集的電荷在達(dá)到某一程度的電量時(shí)，會(huì)發(fā)生電暈放電，產(chǎn)生與聚集的電荷相同極性的離子。3)產(chǎn)生等離子，由于具有與帶電物相反的極性，因此會(huì)被帶電物表面的靜電所吸引。4)產(chǎn)生等離子與靜電進(jìn)行電力中和。藉由此現(xiàn)象，便可去除工作物表面的靜電。3-2除電刷及除電帶的優(yōu)缺點(diǎn)雖然除電刷及除電帶，系屬價(jià)格低廉的除電器，可是其除電性能在原理上，受到帶電物電位相當(dāng)程度的影響，岡此當(dāng)帶電量偏低時(shí)，便無(wú)法進(jìn)行除電。(很難進(jìn)行3kV以下的除電)。小常識(shí)1小常識(shí)2何謂靜電誘導(dǎo)?當(dāng)導(dǎo)體接近帶電物體時(shí)

5、， 導(dǎo)體內(nèi)部的電子會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)，該導(dǎo)體面向帶電物的表面，會(huì)帶有與帶電物相反極性的電荷。稱此一現(xiàn)象為“靜電誘導(dǎo)”。何謂電暈放電?這是在尖端等局部施加高壓電時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，系指對(duì)地面放電的現(xiàn)象。高壓電4靜電消除器的動(dòng)作原理4-1 靜電消除器的動(dòng)作原理靜電消除器，系將高壓電施加在針狀的電極，藉由電極與接地面間的電暈放電，產(chǎn)生離子，利用該離子，對(duì)帶電物對(duì)象進(jìn)行除電。*除電原理對(duì)于空間靜電的消除，靜電消除設(shè)備的原理是利用變壓器升高電壓，產(chǎn)生正負(fù)離子，中和空間的正電荷或負(fù)電荷，從而消除靜電。有人可能會(huì)問：如果空間的靜電是正電荷引致，中和的只是負(fù)離子，而消除器本身產(chǎn)生的正離子怎么辦？反之亦然，怎樣消除呢？電里面

6、也是有正負(fù)大家都知道，問題是正負(fù)電荷是不相等的，故此才顯示電性。而消除器本身正半周和負(fù)半周產(chǎn)生的正負(fù)離子是幾乎相等的，打個(gè)比方，如果空間有10個(gè)單位正電荷，4個(gè)單位負(fù)電荷，故產(chǎn)生6個(gè)單位的正靜電。若要消除這6個(gè)單位的正靜電，消除必須產(chǎn)生6個(gè)單位的正負(fù)離子，用了6個(gè)單位的負(fù)離子消除正靜電，哪剩下的6個(gè)單位的正離子怎么辦？！這似乎是個(gè)問題，但是不要忘了，中和設(shè)備產(chǎn)生的正負(fù)離子是持續(xù)的，中和一方面是中和環(huán)境中的正負(fù)離子，還有一個(gè)方面是平衡環(huán)境中的正負(fù)離子數(shù)量。用大量的正負(fù)離子來平衡環(huán)境中的正負(fù)離子數(shù)量，相當(dāng)于6與6/1000000000000（或更大）相比，使單位體積內(nèi)所積聚的電荷（或說正離子）的數(shù)

7、量變得很少，從而使靜電電壓變小。這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程4-2 靜電消除器的構(gòu)造靜電消除器依電極針的電壓施加方式，分成AC式及DC式2種。AC式的靜電消除器DC式的靜電消除器4-3靜電消除器的除電性能4-3-1除電時(shí)間需要多少的時(shí)間來中和(0V)帶電物體的帶電壓，是除電性能的第一項(xiàng)指針，除電時(shí)間愈短，代表是除電性能愈佳的除電器。4-3-2離子平衡讓電極針尖端上的正離子及負(fù)離子維持平衡，是除電性能的第2項(xiàng)指針。離子平衡的好壞，代表對(duì)象物保持的0V狀態(tài)的好壞程度。4-4不同方式之靜電消除器的優(yōu)缺點(diǎn)4-4-1 DC式的靜電消除器原理:在正或負(fù)的專用電極針施加直流高壓電，使電極針產(chǎn)生正離子或負(fù)離子特征：由于

8、可連續(xù)產(chǎn)生正離子或負(fù)離子，因此1)產(chǎn)生的離子量多一優(yōu)點(diǎn)2)除電時(shí)間短一優(yōu)點(diǎn)3)有時(shí)會(huì)帶逆電(離子平衡不佳)一缺點(diǎn)除電的情形Step1Step2Step3由于帶正電，吸引了負(fù)離子。(進(jìn)行3個(gè)負(fù)離子的中和)在此步驟中，進(jìn)行1個(gè)負(fù)離子的中和。對(duì)象物變成0V后，由于繼續(xù)供應(yīng)負(fù)離子，因此變成帶負(fù)電DC式雖可在短時(shí)間內(nèi)除電，但離子平衡不佳.4-4-2 AC式的除電器原理：對(duì)電極針施加交流電壓，由電極針交互產(chǎn)生正負(fù)離子。 一般使用50Hz或60Hz的交流電源，使正負(fù)離子以50Hz或60Hz的頻率交互產(chǎn)生。當(dāng)在電極針施加足以使離子產(chǎn)生的3kV以上電壓時(shí)，會(huì)依電壓的極性，產(chǎn)生相反極性的離子。特征：因交互產(chǎn)生正負(fù)

9、離子1)離子平衡佳一 優(yōu)點(diǎn)2)進(jìn)行除電時(shí)，無(wú)需顧及帶電物的極性一 優(yōu)點(diǎn)3)離子的產(chǎn)生量少一 缺點(diǎn)Step1Step2Step3排斥正離子，吸引負(fù)離子.(進(jìn)行2個(gè)負(fù)離子的除電)在此步驟中，進(jìn)行1個(gè)負(fù)離子的除電。在此步驟中，進(jìn)行1個(gè)負(fù)離子的除電。AC式，雖然所需除電時(shí)間較長(zhǎng),但可使離子保持平衡.4-4-4 KEYENCE的靜電消除器KEYENCE依照用途，備有3種靜電消除器。*離子平衡之相關(guān)信息于基礎(chǔ)篇中加以說明5.施加電壓的方式5-1風(fēng)扇式的靜電消除器(SJ-F系列)(1)何謂PULSE DC式?PULSE DC式包括產(chǎn)生正離子的電極針及產(chǎn)生負(fù)離子的電極針。對(duì)電極針交互施加高電壓，交互產(chǎn) 生正負(fù)

10、離子。 (2)與以往的風(fēng)扇式(AC式)之間的差異 PULSE DC式，相較于以往的AC式，多出斜線部份的離子量。因此解決了AC式靜電消除器“速度慢”的弱點(diǎn)。 由于交互產(chǎn)生正負(fù)離子，離子平衡效果極佳。5-2可延長(zhǎng)式靜電消除器(SJ-B系列)1)何謂PULSE AC式? ULSE AC式?為單電極針，交互施加正負(fù)高電壓，因而交互產(chǎn)生正負(fù)離子的種方式(與可延長(zhǎng) 式Dc方式之間的差異，在于僅由1支電極針，產(chǎn)生正負(fù)離子)，近距離用途以AC式為主流，而中長(zhǎng)距離用途，則以DC方式或PULSEDC方式為主。 (2)與近距離用途(AC式)之間的差異 如同風(fēng)扇式靜電消除恭一般，相較于以往的AC式多出斜線部份的離子

11、量，因此“除電速度”加快。因交互產(chǎn)生正負(fù)離子，故離子平衡效果極佳。(3)與中長(zhǎng)距離用途(DC、PULSEDC型)之間的差異 中長(zhǎng)距離用途的除電器，其施加電壓的方式分成DC式及PULSEDC式兩種。兩者的共同點(diǎn)是，由不同的電極針產(chǎn)生正負(fù)離子。 DC式時(shí)，如上述一般，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生正負(fù)離子。由于分別具有正負(fù)離子用的各別電極針，會(huì)在除電桿上，產(chǎn)生正負(fù)離子的干擾(正離子空間及負(fù)離子空間)，無(wú)法取得離子平衡。SJ-B系列，由于采用PULSEAC式。由1支電極針產(chǎn)生正負(fù)離子，因此在除電桿不會(huì)產(chǎn)生離子干擾。相較于以往的型式，具有極佳的離子平衡.6.異物附著 以前，要去除附著在工件上的異物時(shí)，最簡(jiǎn)單的方法就是利用

12、空氣槍的壓縮空氣將異物吹掉。6-1 傳統(tǒng)式的附著異物防止對(duì)策 雖然這種方法，能有效去除可用肉眼看到的較大型異物，不過卻具有以下的問題：壓縮空氣與目標(biāo)物摩擦后會(huì)產(chǎn)生靜電。壓縮空氣與異物、塵埃摩擦后，會(huì)產(chǎn)生靜電。 異物、塵埃從目標(biāo)物剝離時(shí)，會(huì)產(chǎn)生靜電。會(huì)卷起周圍環(huán)境的異物與塵埃。由于會(huì)引起上述的問題，因此反而會(huì)附著更多的異物與塵埃。(尤其是無(wú)法用肉眼看到的小型異物與灰塵) 6-2 靜電與附著異物的關(guān)系 當(dāng)物體靠近帶電物后，就會(huì)如同磁鐵的N極與S極一樣，會(huì)引起異性相吸、同性相斥的作用，這種力量就稱之為庫(kù)倫(coulomb)力。以附著異物的觀點(diǎn)來考慮時(shí)，這種庫(kù)倫力是一種非常麻煩的問題。6-2-1金屬體

13、上附著異物 如左圖所示，當(dāng)+極上的帶電異物接近金屬體后，金屬體內(nèi)會(huì)引起靜電電感，而一極電子會(huì)聚集在金屬體的表面上。因此，金屬體與異物之間就會(huì)產(chǎn)生庫(kù)倫力的作用，而造成異物附著在金屬體上。即使將金屬體做成接地狀態(tài)，一旦異物本身屬于帶電狀態(tài)，就會(huì)因引起靜電電感而附著異物。總之，倘若不消除異物本身的靜電，就無(wú)法期待能發(fā)揮效果。金屬體上附著異物-消除異物本身的靜電，就能發(fā)揮極大的效果6-2-2 絕緣體上附著異物 當(dāng)目標(biāo)物與異物皆處于帶電狀態(tài)時(shí)，就會(huì)如同磁鐵的N極與S極一樣，會(huì)產(chǎn)生相吸的作用。此時(shí)，最好的方法就是消除目標(biāo)物與異物間的靜電，然而即使只消除任一方的靜電(實(shí)際上要去除異物本身的靜電較為困難，因此

14、選擇消除目標(biāo)物的靜電)都可能發(fā)揮成效。絕緣體上附著異物-只要消除絕緣體或異物上靜電，就能發(fā)揮極大的效果6-3 消除己附著異物的靜電方法與效果消除靜電的方法效果理由(消除工件上的靜電)理由(消除異物的靜電)接地X不期待能為接地體與絕緣體帶來效果無(wú)法利用接地來消除異物。空氣清理法II當(dāng)空氣接觸到工件后，雖然可進(jìn)行物理性的消除工作，但是會(huì)因?yàn)榕c空氣發(fā)生摩擦的關(guān)系而產(chǎn)生靜電，因此再度附著異物的可能性高。屬于利用空氣的力量來消除靜電。不過反而會(huì)在異物上產(chǎn)生不必要的靜電，甚至?xí)砥鹬車漠愇?。屬于?duì)大型的異物(具重量的異物)較為有效的一種做法。導(dǎo)電法X如2-1的內(nèi)容所示，即使可以消除靜電，也無(wú)法防止附著異

15、物。無(wú)法讓異物本身形成導(dǎo)電狀態(tài)。環(huán)境對(duì)策X由于工件表面會(huì)附著水蒸氣，而難以消除已附著的異物。(因受到表面張力的影響)此外，關(guān)于密合的部份，由于水蒸氣不會(huì)侵入，因此無(wú)法消除想要去除的靜電。雖然可降低異物本身的靜電，不過因帶有濕氣，反而無(wú)法消除異物(因受到表面張力的影響)。此外，可依據(jù)異物體積、形狀、重量因素，而得到消除周圍靜電的效果。靜電消除器自行放電式(靜電消除刷、靜電消除帶)X自行放電式的離子發(fā)生量，會(huì)依賴消除靜電目標(biāo)物的靜電量。由于電氣會(huì)在工件與異物之間形成電場(chǎng)而縮小，因此自行放電式的靜電消除器無(wú)法產(chǎn)生充分的離子，進(jìn)而無(wú)法用來消除靜電。異物所帶有的靜電，無(wú)法從自行放電式的靜電消除器產(chǎn)生離子

16、。施加電壓式(一般皆稱之為靜電消除器或IOnIZer)O*由于離子與水蒸氣一樣，皆屬于元法進(jìn)密合部份，因此光使用施加電壓式的靜電消除器，也無(wú)法發(fā)揮期待的效果(X)。但是，與空氣清理法并用之下，就可消除工件表面上的所有靜電。可依據(jù)異物體積、形狀、重量因素，而得到消除周圍靜電的效果。與空氣清理法并用之下，可消除異物的靜電。*此施加電壓方式的靜電消除器,可想象成處于供應(yīng)壓縮空氣的狀態(tài)下.空氣清理法+施加電壓式的靜電消除器效果最佳! 。6-4 有效防止異物附著的對(duì)策 如上述內(nèi)容所示，一般的用法都是采用壓縮空氣乘吹跑異物與灰塵，但是當(dāng)附著體積極小的異物與灰塵時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生靜電問題，因此近年來以離子空氣來消

17、除異物與灰塵，同時(shí)也屬于可發(fā)揮消除靜電之效的技術(shù)，逐漸備受矚目。 關(guān)于靜電的一些數(shù)據(jù) 一些元器件受EOS/ESD損害的敏感程度器件型號(hào) EOS/ESD的最小敏感度(以靜電壓伏特表示) VMOS 30 to 1800 MOSFET 100 to 200 GaAsFET 100 to 200 FPROM 100 PLUS JFET 140to 7000 SAW 150 to 500 OPAMP CMOS 250 to 3000 Schottky Diodes 300 to 2500 Film Resistros(Thick,Thin) 300 to 3000 Bipolar Transistors 380 to 7800 ECL(PDC Board Level) 500 to 1500 SCR 680 to 1000 Schottky TTL 100 to 2500 典型的靜電源 工作臺(tái)面 打蠟,粉刷或清漆表面/未處理的聚乙烯和塑料玻璃 地板 灌封混凝土/打蠟或成品木材/地瓷磚和地毯 服裝和人員 非ESD防護(hù)服/非ESD防護(hù)鞋/合成材料/頭發(fā) 座椅 成品木材/聚乙烯類/玻璃纖維/絕緣車輪 包裝和操作材料 塑料袋,包