靜電防護(hù)基礎(chǔ)

1、靜電防護(hù)基礎(chǔ)1.1 靜電的概念二 靜電起電與放電現(xiàn)象 靜電可有很多種方式產(chǎn)生,如物體間的摩擦,電場感應(yīng),介質(zhì)極化,帶電顆粒附著等等摩擦起電: 當(dāng)兩個物體產(chǎn)生摩擦?xí)r,摩擦外表的電子會從一種物體跑到另一個物體上,別離后,兩個物體的正負(fù)電荷失去平衡,得到電子的帶負(fù)電,失去電子的帶正電.感應(yīng)起電:當(dāng)有強電場(大的帶電體)存在時,附近的物體被感應(yīng),局部或整體產(chǎn)生電荷,這類帶電稱為感應(yīng)帶電.當(dāng)帶電的物體與一些導(dǎo)體等接觸時或靠的很近時,電荷會找到一個途徑突然釋放掉,這種現(xiàn)象叫靜電放電.靜電放電的條件是:首先有靜電存在,其次要有一定的途徑.靜電放電的原因和條件多種多樣,控制靜電放電是在人們生活和工作中的各個方

2、面所追求的.1.1 靜電的概念三 靜電現(xiàn)象靜電現(xiàn)象舉例1 握手或手接觸時常被電擊一下,是由于人身帶了靜電.接觸時突然放電所致2 自然界中的放電例子很多,如大氣中帶有很強的電荷,在80KM處,對地電位有200KV.3 云相互摩擦而帶大量的電荷,相互放電形成能量巨大的雷電.對地放電那么可能形成雷擊.4工業(yè)中,如印刷中,紙離開滾筒時靜電電壓高達(dá)20KV.5我們生產(chǎn)線中,人體帶電,摩擦帶電,和感應(yīng)帶電等隨時存在,不加控制,可造成危害.靜電現(xiàn)象-大地與云帶電大地為帶大量的負(fù)電荷的帶電體靜電現(xiàn)象-雷電 別離摩擦靜電產(chǎn)生舉例別離,摩擦等起電的過程圖1-1.1 摩擦起電的形成過程物體接觸后外表電位差,產(chǎn)生接觸

3、電荷轉(zhuǎn)移,形成偶電層,物體快速別離,產(chǎn)生靜電核摩擦起電靜電序列人手圖毛玻璃云母人頭發(fā)尼龍羊毛毛皮鉛絲綢鋁紙棉花鋼木材琥珀封蠟硬橡膠鎳,銅,黃銅,銀金,白金硫磺醋酸酯纖維素聚酯賽璐珞奧綸聚氨酯聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯硅聚四氟乙烯硅橡膠+-離的越近靜電越輕前面的帶正電,后面的帶負(fù)電人體帶電人體帶電方式摩擦起電:操作中的動作和肢體運動,由衣服,鞋子與其他物體,地面摩擦,使衣服和鞋子帶電,再通過傳導(dǎo)和感應(yīng),使人體各局部帶電.人體可以看作一個導(dǎo)體.脫衣帽手套等使物體與人體間或物體與物體間剝離起電,通過傳導(dǎo)和感應(yīng)使人體帶電感應(yīng)起電當(dāng)不帶電的人體進(jìn)入帶電體的電場,靜電感應(yīng)而起電.傳導(dǎo)起電人體直接接觸帶電體,或與

4、帶電體發(fā)生靜電放電人在由靜電的微塵粉體和霧狀液?？臻g活動,使帶電微粒附著在人體及衣服上產(chǎn)生靜電. 人體活動帶電圖放電靜電放電導(dǎo)體可以為地電荷積聚靜電積聚起來1.2 靜電感應(yīng)和靜電量級一 靜電的定量描述二 1 物體帶電量的多少用電量來描述.帶正電荷的物體帶電量為正,帶負(fù)電荷的帶電量為負(fù).電量的單位為庫侖.1個電子的帶電量為e=1.6021892X10-19 庫侖三 2 電荷密度:電荷聚集程度的標(biāo)志.四 單位面積帶電量叫面電荷密度五 單位體積的電荷密度,叫體電荷密度六 線狀體的單位長度的帶電叫線電荷密度七 如:導(dǎo)體帶電的靜電荷分布在導(dǎo)體外表.八 由大量粉塵和顆粒組成的帶電分布在每個顆粒上,整體宏觀

5、來看九體內(nèi)帶電.一 一一 1.2 靜電感應(yīng)和靜電量級 面電荷密度: 體電荷密度: 線電荷密度: SQVQlQ1.2 靜電感應(yīng)和靜電量級-電壓 電荷間的作用力叫庫侖力,由庫侖定律來描述. 帶電體周圍產(chǎn)生電場,電場是電荷間相互作用的載體.電場的大小用電場強度表示.(E) 表征帶電體在電場中的能量大小叫電勢,也叫電位. 電壓 表征電場間兩點的電勢差.用V表示,電壓單位為伏特. 電壓好比水壓,水壓使水流動,對水壁產(chǎn)生壓力. 電壓使電荷流動,電壓通過電場使物資內(nèi)部的粒子產(chǎn)生電壓力.1.2靜電感應(yīng)和靜電量級-電流與電阻 如果物體的兩點間有電壓,那么會使物體內(nèi)的電子等粒子流動.電荷的流動叫電流.用安培為單位

6、. 同樣的電壓,不同的物資,電流不同,表征物體中電荷流動性質(zhì)的一個物理量叫電阻.電阻用歐姆為單位. 電壓電阻和電流的關(guān)系 由歐姆定律表示. 零電位指計算電位的參考點,電位規(guī)定為零.1.2靜電感應(yīng)和靜電量級-導(dǎo)體,半導(dǎo)體和絕緣體 導(dǎo)體:具有可移動的電子或價電子.在外電場的作用下,電子可以在內(nèi)部自由流動.導(dǎo)體的電阻很小,如金屬那么為良導(dǎo)體,其中金的導(dǎo)電性最好. 絕緣體:沒有可移動的電荷存在,電阻率很大.絕緣體也叫電介質(zhì).如玻璃,普通紙等. 半導(dǎo)體:介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類特別物資.如硅等1.2 靜電感應(yīng)和靜電量級-電容導(dǎo)體的帶電量為Q,導(dǎo)體就產(chǎn)生了電位U(想象水位), 表征帶電物體產(chǎn)生電位能力的

7、量叫電容(用C表示,單位法拉,微法-10-6法拉,皮法-10-12法 ),電容把電量和電位聯(lián)系起來 C=Q/U.電容器是在兩個相互電絕緣隔離的導(dǎo)體之間存儲電荷能力的器件(兩個導(dǎo)體帶等量的極性相反的電荷). 任何兩個隔離的導(dǎo)體(廣義講物體)均有電容C存在.導(dǎo)體之間有電勢差-電壓V.電容的大小主要由導(dǎo)體間的相對位置以及絕緣材料的性質(zhì)決定. 與電容相關(guān)的絕緣材料的重要特性是介電常數(shù). C=Q/V典型靜電電壓我們在經(jīng)受3000伏的靜電電壓!人體電容靜電模型人體的靜電并行電容模型充電的導(dǎo)體1電介質(zhì)充電導(dǎo)體1地板腳鞋人體帶電和環(huán)境的關(guān)系人體電容典型值人體的典型靜電電壓 電壓(伏) 動作 相對濕度10%40

8、%55%在地毯上行走 35000150007500在塑料地毯上行走1200050003000移動凳子6000800400從塑料管中取IC2000700400用泡沫和包裝線路板21000110005500典型靜電電壓ESD造成的代價!30V可能就把器件給斃了!靜電起電-放電描述圖帶電物體如:人體充電器件 物體2如大地,接地線,工件,電子元器件等等+_摩擦+介質(zhì)如空氣起電的原因和條件如摩擦起電,不同物體間摩擦起電性質(zhì)和容易程度不同.靜電序列直接連接線+耗散放電1 物體帶電量用Q庫侖,由產(chǎn)生的電量耗散的電量引導(dǎo)走的電量等決定2 帶電體對周圍物體的影響是通過電場決定的3 表征電場能量的量為電位.4 電

9、容表征物體帶電量產(chǎn)生多強的電位的特征物理量電壓物體靜電產(chǎn)生,電量Q摩擦別離感應(yīng)離子附著熱,壓,駐極體電場-電場強度E對電荷作用力電場電荷的移動作功電勢能-電位U兩點間電位差-電壓V=U1-U2電場內(nèi)的物體中自由電荷受電場力作用會流動-電流 I不同物體,在同樣電壓下電流不同取決于物體的電阻特性歐姆定律I=V/R面電阻率體電阻率線電阻率不同的物體(材料,形狀,環(huán)境)同樣電量電位不同極板間物體的電容C:儲存電量和電壓(電位)的關(guān)系C=Q/V儲存電荷,就有能量儲存221QVE 物體電荷的消亡,取決于接觸的物體和周的環(huán)境:由導(dǎo)電導(dǎo)體把電荷流掉通過耗散體逐漸耗散掉通過放電等突然放掉被電荷相反的離子中和掉等

10、等物體分類導(dǎo)電性物體電耗散性物體抗靜電性物體絕緣性物體電荷產(chǎn)生的多少和快慢 VI R 人體的放電過程器件電容電阻靜電的衰減和積累 實際過程中,靜電一邊產(chǎn)生一邊衰減 靜電的衰減符合指數(shù)規(guī)律 為時間常數(shù),說明衰減的程度teQtQ0)(0Q(t)t導(dǎo)體上靜電荷的衰減規(guī)律帶電導(dǎo)體+- -大地+-RCRCtRCteUtURCeQtQ/0/0)()(時間常數(shù)U(t)電容越大,電阻越大,時間越長,衰減越慢帶電和放電綜合過程帶電導(dǎo)體+-大地+-RC時電荷值為時間常數(shù)tQsRCeQeRCItQRCtsRCt)1 ()1 ()(/0U(t)到達(dá)穩(wěn)定時,Qs恒定,稱穩(wěn)態(tài)電量充電速率 I充電波形tQ(t)Q0t=0.

11、732Qs充放電時間常數(shù)舉例 人體的對地電容為200pF,假設(shè)站到絕緣電阻為1012的普通橡膠墊上,充電速率為I0時間常數(shù)為 穩(wěn)定電量為Qs =I0RC=200I0 假設(shè)站到電阻為R=105 的導(dǎo)電橡膠上, 時間常數(shù)為 穩(wěn)定電量為Qs =I0RC=20*10-6I0sRC200102001011212sRC61251020102001011.3 靜電危害和利用-案例一某大電信公司單板損害案 維修部門發(fā)現(xiàn)某批次以后生產(chǎn)的交換機用戶板,在打雷時特別容易損壞,但以前生產(chǎn)的同類用戶板抗雷能力要強的多.大量的用戶板返修,維護(hù)本錢,賠償本錢,形象本錢損失巨大.電信局長直接找老板問罪.老板下達(dá)必須盡快查找原

12、因.并暫停該單板的生產(chǎn).分析從設(shè)計到生產(chǎn)過程的可能原因單板升級一次,改動一個電阻110種物料20種換過一個批次,其中包含一個CMOS專用集成電路.生產(chǎn)過程根本未變,但換過一個測試針床,增加一個測試單元.單板的前面板在新升級板上,增加了一個測試口.經(jīng)過從設(shè)計到生產(chǎn),包裝運輸入庫,各個環(huán)境的努力,近一個月的攻關(guān),大量的分析,終于發(fā)現(xiàn):是上述CMOS電路軟損傷造成.原因:新板單板的升級時,設(shè)計人員為減少本錢,物料選用把抗ESD指標(biāo)降格,同時設(shè)計時增加的測試口,剛好占用了以前的保護(hù)地的一小點,使面板與保護(hù)地接觸不良,致使,塑料面板上的靜電荷不能與板地電位持平.測試時增加的針床,剛好造成一種約800V的

13、放電,使器件造成軟損傷.這次靜電損害使公司損失近5000萬.(為此每個開發(fā)人員,減少1萬元獎金)1.3 靜電危害和利用-案例二 某公司生產(chǎn)的可切換逆變電源,因是老板高價聘請的某大電信公司的設(shè)計人員設(shè)計,樣機整機性能指標(biāo)均上佳.老板攻關(guān)有一套,設(shè)計人員準(zhǔn)備采用.請物料認(rèn)證部門進(jìn)行考擦,發(fā)現(xiàn)其生產(chǎn)不標(biāo)準(zhǔn),工人無ESD根本知識,也無相應(yīng)的ESD防范程序,而其產(chǎn)品必須到達(dá)電信標(biāo)準(zhǔn),可靠性受到疑心.物料經(jīng)理不敢批準(zhǔn).因此設(shè)計部門只能選其他廠家.該老板一下子損失每年近2000萬的定單.1.4 靜電防護(hù)簡介靜電是有產(chǎn)生原因的-消除靜電產(chǎn)生的根源靜電產(chǎn)生無處不在,靜電產(chǎn)生防不勝防-減少靜電的強度,采用靜電衰減

14、.減少靜電的積累靜電產(chǎn)生,但要發(fā)生危害,必須是一定條件的放電才能產(chǎn)生危害,對要保護(hù)的器件進(jìn)行抗靜電設(shè)計.并設(shè)計抗靜電生產(chǎn)過程.靜電的危害產(chǎn)生多由物體的不規(guī)那么運動產(chǎn)生,必須對各個環(huán)節(jié)的運動進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)和控制.對于人這個高度能動性的動物的活動,必須從人的主觀和意識上進(jìn)行靜電防止,為此要建立完整的ESD培訓(xùn)和控制程序.由于靜電危害貫穿到產(chǎn)品從生產(chǎn)到維護(hù)的各個時期,為了企業(yè)間的生產(chǎn)協(xié)調(diào)和一致性,還建立了各種防靜電標(biāo)準(zhǔn),執(zhí)行這些標(biāo)準(zhǔn),是業(yè)界的根本要求.各項防護(hù)措施綜合表一 防止靜電的產(chǎn)生二 減少和消除靜電三 減少靜電危害四 嚴(yán)格防靜電管理主要內(nèi)容具體措施一 防止靜電的產(chǎn)生控制靜電的生成環(huán)境防止人體帶電材料

15、選用要求工藝控制措施1 濕度控制。在不導(dǎo)致器材或產(chǎn)品腐蝕生銹或其他危害前提下，盡量加大濕度 2 溫度控制。在可能條件下盡量降低溫度，包括環(huán)境溫度和物體接觸溫度3 塵埃控制。此為防止附著吸附帶電的重要措施 4 地板、桌椅面料和工作臺等應(yīng)由防靜電材料制成，并正確接地5 靜電敏感產(chǎn)品的運送傳遞和存儲及包裝與拆包裝應(yīng)采取靜電防護(hù)措施6 噴射、流動、運送、纏繞和別離速度應(yīng)予控制，在液體、扭體等材料的輸送管道中使用級和器 一 防止靜電的產(chǎn)生控制靜電的生成環(huán)境防止人體帶電材料選用要求工藝控制措施1 佩戴防靜電腕帶 2 穿戴防靜電服裝、衣、幗 3 穿武防靜電鞋襪、腳鏈 4 佩戴防靜電手套、指套 5 嚴(yán)格禁止與

16、工作無關(guān)的人體活動例如做操、打鬧、梳頭發(fā)、吃東西等6 進(jìn)行離子風(fēng)浴一 防止靜電的產(chǎn)生控制靜電的生成環(huán)境防止人體帶電材料選用要求工藝控制措施1 凡必須或有可能發(fā)生接觸別離的材料應(yīng)考慮使其在靜電序列表上的位次盡量靠近 2 應(yīng)使材料的外表光滑、平整、潔凈無污 3 使用靜電導(dǎo)體材料和低電阻耗散材料一 防止靜電的產(chǎn)生控制靜電的生成環(huán)境防止人體帶電材料選用要求工藝控制措施1 制定并實施防靜電操作程序 2 使用防靜電周轉(zhuǎn)、運輸盤、盒、箱及其他容器、小車3 使用防靜電工具烙鐵、吸銀器等 4 采用防靜電包裝 5 對有靜電燃燒、爆炸可能性的液體材料設(shè)置必要的靜止時間6 盡量減少物體間的接觸壓力、時間、面積例如布匹

17、、紙張、線材、薄膜材料膠帶等的運送、傳遞輥簡、卷筒、線軸和產(chǎn)品之間并限制運行速度不可過快 二 減少和消除靜電接地增濕中和摻雜1 地板和工作桌、椅、臺面、臺墊正確接地 2 人體接地 3 工具烙鐵、吸銀器、臺架、運輸小車等接地 4 設(shè)備、儀器接地 5 管路、運輸傳送設(shè)施、裝罐設(shè)備、存儲設(shè)施設(shè)備接地 二 減少和消除靜電接地增濕中和摻雜1 使用各種適宜的加濕器、噴霧裝置2 采用濕拖布拖擦地面或通過灑水等方法以提高帶電體附近或環(huán)境的濕度3 在允許的情況下盡量選用吸濕性材料二 減少和消除靜電接地增濕中和摻雜什對場所和帶電物體的形狀、特點，選用適宜類型的靜電消除器，以消除具、器材、產(chǎn)品、場所、設(shè)備和人體上的

18、靜電二 減少和消除靜電接地增濕中和摻雜1 在非導(dǎo)體材料、器具的外表通過噴、涂、鍍、敷、印、貼等方式附加上一層物 質(zhì)以增加外表電導(dǎo)率，加速電荷的泄漏與釋放 2 在塑料、橡膠、防腐涂料等非導(dǎo)電材料中村加金同粉末、導(dǎo)電纖維、炭黑粉 等物質(zhì)，以增加其體電導(dǎo)3 在布匹、地毯等織物中，混人導(dǎo)電性合成纖維或金屬絲，以改善織物的抗靜電性能4 在易于產(chǎn)生靜電的液體如汽油、航空煤油等中加人化學(xué)藥品作為抗靜電添加劑，以改善液體材料的電導(dǎo)率 三 減少靜電危害控制靜電的生成提高產(chǎn)品自身抗靜電能力采用靜電屏蔽和接地設(shè)計確保設(shè)備,設(shè)施和作業(yè)場所的靜電平安要求1 對 CMOS等靜電敏感染集成電路采用輸入、輸出保護(hù)電路設(shè)計2 對于靜電敏感電子組件和電子設(shè)備，采用抗靜電防護(hù)設(shè)計設(shè)置輸出、輸入 保護(hù)電路和網(wǎng)絡(luò)，使用隔離電阻器，設(shè)置邊界保護(hù)環(huán)，盡量選用非敏感元器件等 3 對敏感元器件進(jìn)行靜電防護(hù)設(shè)計設(shè)置串聯(lián)限流電阻器、設(shè)置鉗位放電間 隙、降低瞬態(tài)能量密度、防止引線交迭和寄生 MOS電容的形成等三 減少靜電危害控制靜電的生成提高產(chǎn)品自身抗靜電能力采用靜電屏蔽和接地設(shè)計確保設(shè)備,設(shè)施和作業(yè)場所的靜電平安