什麼是靜電 什麼叫靜電

什麼是靜電 什麼叫靜電

A、

靜電

現象

一、靜電的益與害：

益：靜電成像、靜電噴塗、靜電除塵已被 廣泛應用。

害：1、第一艘阿波羅載人宇宙飛船，由於靜電放電(ESD)導致火災和爆炸，三名宇航名全部喪生。

2、日本IC生產中的不合格器件有45%是由靜電造成的。

3、88年美國因ESD影響損失50億美元。

4、90年代初北京某公司試生產的高檔數字萬用表，由於IC沒注意防靜電，使其產品大部分不合格。

二、何為靜電？

一般來說，塑料的電阻非常高，因此塑料能長時間保持帶靜電。而金屬的電阻非常低，接地的金屬帶靜電的時間極短。 靜電通常用伏特表示。雖然220伏交流電源的是危險的，但100 kV的靜電是則很普通的。 物體中的電壓由兩個因素決定：物體的帶電量和物體的電容。可以用簡單的關係式表示，即Q=CV，其中Q代表電量、V代表電壓、C代表物體的電容。
如果給定物體的電量，那麼電容越低，則電壓越高，反之亦然。塑料一般來說電容非常低，因此很少的電量就可以產生很高的電壓。相反，金屬的電容非常高，因此較多的電量只產生較低的電壓。這就是在實際應用中，使用塑料產生的靜電問題更加受人重視的原因。高電壓會吸引塵土、導致操作員受電擊或導致物體性狀改變。

靜電有兩種主要類型：體靜電和表面靜電。體靜電指分布在物體內部的電荷。表面電荷指物體最外層表面的電荷。
在實際應用中，靜電問題基本上都與表面靜電有關。雖然沒有方法能中和體靜電，但體靜電很少造成問題。通常，與表面靜電相比，體靜電的影響很微小。

1、靜電就是物體表面存在過剩或不足的靜電荷，它是一種電能。
靜電是正負電荷在局部範圍內失去平衡的結果，靜電是通過電子或離子轉移而形成的。
2、靜電就是物體所帶相對靜止不動的電荷。
三、靜電放電(ESD)現象：
1、有機玻璃與棉布摩擦後吸小紙屑。
2、脫下合成纖維上衣時產生劈啪聲，夜間可見火花(空氣擊穿 場強為30KV/cm)。
四、靜電的產生方式：
接觸、摩擦、衝流、壓電、溫差、冷凍、電解
五、靜電的特點：
高電位：可達數萬至數十萬伏，操作時常達數百和數千伏。
低電量：靜電流多為微安級(mA)。
作用時間短：微秒級
受環境影響大：特別是溼度，溼度上升、靜電下降。
六、靜電電荷單位：
庫侖(C)、毫庫侖(mC)、微庫侖(mC)、微微庫(rrC)
七、面電荷密度：
C/㎡ s= (q=電荷量；s=表面積)
八、從靜電學來區分材料的導電情況：
靜電導體：小於1×106Wcm(體電阻) 例：金屬
靜電亞導體：大於1×106Wcm而小於1×1010Wcm 防靜電器材
靜電絕緣體：大於1×1010Wcm 硬塑料
注意：由於靜電的特點(電位高，電量小)，因此它與普通電工學中導體和絕緣 體劃分有所不同。
B、靜電產生的物理過程
一、靜電起電現象：
毛皮摩擦膠木棒，各自帶極性相反，數量相同的電荷，一個失掉電子或空穴帶電 ，如毛皮帶正電，另一得到電子成為電子帶電，如膠木棒－－負電荷。
二、靜電序：
空氣→人手→石棉→兔毛→玻璃→雲母→人發→尼龍→羊毛→鋁→絲綢→鋁→紙→棉花→鋼鐵→木→琥珀→蠟→硬橡膠→鎳、銅→黃銅、銀→金、鉑→硫黃→人造絲→聚酯→賽璐珞→奧輪→聚氨酯→聚乙稀→聚丙稀→聚氯乙稀→二氧化矽→聚四氟乙稀
其中，任意兩種物質摩擦後前者帶正電，後為負。但也不是絕對的，與材料表面清潔程度、環境條件、接觸壓力、光潔程度、表面大小、分離速度等有關。
三、固體起電：
與電子逸出功(功函數)、溫度、電荷載體濃度有關。
形式：1、斷裂帶電
材料因機械破裂使帶電粒子分離，使兩側帶等量、異性電荷。
2、壓電效應：石英 0.5V電位差，如：電光鞋、煤氣打火器
3、熱電效應：壓電晶體加熱時，一端帶正電，一端帶負電；冷卻時，反極性
4、剝離起電：相互密切結合的物體剝離時，會引起電荷分離，引起分離物體雙方帶電，如疊在一起的塑膠袋分離時，二次電流絕緣膜。
四、粉體起電：
粉體與器壁、粉體與粉體碰撞，接觸分離、摩擦、碎裂而引起的靜電顆粒越小，相互作用越強烈，碰撞面積越大，起電越強裂。 五、液體起電：
1、液體的偶電層
液相與固相界面亦能形成偶電層：液體(石油)中的可電離雜質和其它離子被吸引到金屬壁上。正負離子對金屬不可能具有相同的親和力，親和力大的就被金屬表面所吸引並吸附著，而液體中電荷量相等的異號離子留在液相內，並聚集在界面附近。在界面處形成偶電層，內層是緊貼在固體表面上的離子稱固定層，而外層離子是可動的稱活動層或擴散層。
2、流動帶電
當液體流動時，流動層的帶電粒子隨液體流動形成流動電流，異號帶電粒子留在管道中，如管道接地則流入大地，流動的電荷形成流動電流，穩態時，帶電粒子不斷被流動液體所帶走，固定層電荷經接地管道而被中和。此現象有點像電解。不同的親和力，擴散與液體流動的綜合作用取代了電解中的電場作用。影響電量大小與極性因素有：1、液體種類及特性；2、管道材料及表面光滑度；3、流速、溫度、含水量和空氣及混合物及雜質微粒。
六、人體靜電
人體是最主要的靜電源之一
人體的活動使部分機械能轉換為電能
每日耗熱量：4.18×107J ＝ 10KWh
瞬間放電功率達九十千瓦
步行起電約800V
從聚氯乙烯椅子上站起來時帶電18KV
人體對地電阻主要由鞋、襪、地面決定
溼度影響大：坐在塑料椅上
10～20% 18KV
65～90% 1.5KV
人體等效電容：100PF
電阻：1KW (～1.5KW)
安全靜電電壓：100V(國標SJ/T 10630－95)
C、靜電損傷
一、軟損傷－－性能能下降，效應累加佔90%，隱含性的
硬損傷－－一次性永久失效，佔10%
二、器件敏感度的分級：
I級 0～1999V
II級 2000V～3999V
III級 4000V～15999V
非敏感 16000V以上
三、一些器件的靜電敏感度：
由上表可以看出，各器件靜電敏感度的範圍儘管較大，但其下限一般都只有數十伏至數百伏，低於電子工業生產中操作者、工作檯面、工具所帶的靜電壓，因而有可能發生ESD損害。
裝有靜電敏感器件的單板也易受靜電損傷。電路設計、布板、加工均需注意。
四、靜電損傷模型：
人體帶電模型：人體在日常的活動和生產操作中都可能產生不同數值的靜電，其電壓從十伏至數萬伏不等。 HBM是根據帶有靜電的操作者在工作過程中與器件的管腳接觸，將存貯於人體的靜電荷通過器件對地放電、致使器件失效而建立的，因此稱為人體帶電模型，其等效電路如圖所示。
E 高壓直流電源（0~5kV）
Rb 人體等效電阻（1.5k 1%)
Cb 人體等效電容(100PF 10%)
Rs 充電限流電阻(1~10M)
DUT 被試器件
K1 高壓繼電器
另外，還有「器件帶電模型」和「電場感應模型」。
五、損傷實例：
1、Motorola、MOS大規模集成電路－－CPU，老化11周。開始未採用導電盒放置，拒收率為40×10－n，但從四周後用鍍鎳盒放置，則降為15×10－n，此實驗跟蹤7個多星期，平均為18×10－n。
2、國內某廠生產CMOS電路篩選入庫後，抽檢發現有5%失效率，失效率模式為輸入漏電流增大。經分析與ESD有關，該廠生產的CMOS電路在測試前後都放置在普通塑料盒內，塑料上的靜電荷傳遞給CMOS電路。在測試過程中，當器件接觸人體或桌面上的接地金屬時就會引起放電，導致ESD損傷而失效，後來採用一系列ESD措施、改為防靜電盒，現象消失。
靜電絕緣體，電阻率>1012，硬塑料，有機玻璃。 D、防靜電的方法
1、防靜電區設計原則：
① 抑制靜電荷的積累和靜電壓的產生。如設備、儀器、工裝不使用塑料、有機玻璃、普通塑膠袋。
②安全、迅速 ，有效地消除已產生的靜電荷 ，使 用有繩防靜電腕防靜電椅 、車、箱。
③保證靜電壓小於100V。
2、地面
防靜電地面，(防靜電水磨石，防靜電地板)105～1010，敷設地線網。
3、工位
臺面、工作椅、凳面應採用ESD保護材料。
4、人體
穿防靜電服、鞋、腕等(1M)。
5、接地
a、防靜電工作區必須有安全可靠的防靜電接地裝置，地電阻小於4。防靜電地線不得與電源零線相接，不得與防雷地線共用，使 用三相五線制的供電時，其地線可以作防靜電地線。
b、工作檯面、地板墊、坐椅、凳和其它導靜電的ESD保護措施均應通過限流電阻接到地線，腕帶等應通過工作檯頂面接地點與地線連接，工作檯不可相互串聯接地。
c、防靜電工作區接地系統，包括限流電阻和連接端子應連接可靠並具有一定載流能力，限流電阻阻值選擇應保證漏洩電流不超過5mA，下限值取為1M Ω。
6、溼度
小於60%時，須建防靜電作業系統。
7、電離器
不能有效地洩放靜電荷的場合，可採用電離器通過空氣中的正負離子來防止和中和元器件和其它物體上電荷 積累，電離能力大於250V/s。
8、增溼
增溼器可使潮溼空氣流，防止靜電荷積累，此法不適；增溼後產生有害影響的場地。
9、包裝
靜電敏感器件應採取保護性包裝；
靜電敏感器件包裝器具必須採用防靜存放盒，防靜電塑膠袋。
10、運輸、貯存
SSD必須放在防靜電容器(箱、袋)內，並用防靜電運輸工具(車)。
庫房滿足防靜電作業系統要求，SSD須放防靜電容器內，貯運中要遠離靜電， 電磁場或放射場的位置。
11、SSD元器件應分類拿放，靜電敏感符號
符號符合GJB1649規定。
E、防靜電材料的度測方法與時效性
1、摩擦起電法：棉布120次/分 20次。
2、電阻率測量法，小於1010W為好。
3、衰減常數 RC
紅色塑膠袋與紅色泡沫時效期半年，不能在陽光下曬，黑色防靜電箱5年，裝IC塑料管、也有時效性。
F、生產系統現場存在的問題
摩擦法測試
一、流水線3條
補焊1線(中試線)靜電壓高達880V
補焊3線靜電壓高達580V(皮帶線)
電纜託板線180V
二、元器件包裝塑膠袋達2000V，內裝各種IC
三、零部件箱
3300V，內裝各種IC。
四、自動線體與工裝
用戶板測試線白色塑料壓棒
五、軟體寫入器外殼為普通塑料，摩擦後可帶數百伏靜電
G、靜電測試儀器
1、非接觸靜電場測量儀
2、表面電阻測量儀
H、待做的工作
1、完善生產中各環節的防靜電工藝規範
2、靜電敏感器件的分類與防靜電規定
3、靜電敏感器件在電路中提高抗靜電設計要求
4、防靜電材料與器材的質量保證
5、培訓