什么是靜電 什么叫靜電

A、靜電現(xiàn)象
一、靜電的益與害：
益：靜電成像、靜電噴涂、靜電除塵已被 廣泛應(yīng)用。
害：1、第一艘阿波羅載人宇宙飛船，由于靜電放電(ESD)導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸，三名宇航名全部喪生。
2、日本IC生產(chǎn)中的不合格器件有45%是由靜電造成的。
3、88年美國(guó)因ESD影響損失50億美元。
4、90年代初北京某公司試生產(chǎn)的高檔數(shù)字萬(wàn)用表，由于IC沒(méi)注意防靜電，使其產(chǎn)品大部分不合格。
二、何為靜電？

一般來(lái)說(shuō)，塑料的電阻非常高，因此塑料能長(zhǎng)時(shí)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(shí)間極短。 靜電通常用伏特表示。雖然220伏交流電源的是危險(xiǎn)的，但100 kV的靜電是則很普通的。 物體中的電壓由兩個(gè)因素決定：物體的帶電量和物體的電容?？梢杂煤?jiǎn)單的關(guān)系式表示，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，那么電容越低，則電壓越高，反之亦然。塑料一般來(lái)說(shuō)電容非常低，因此很少的電量就可以產(chǎn)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(chǎn)生較低的電壓。這就是在實(shí)際應(yīng)用中，使用塑料產(chǎn)生的靜電問(wèn)題更加受人重視的原因。高電壓會(huì)吸引塵土、導(dǎo)致操作員受電擊或?qū)е挛矬w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(nèi)部的電荷。表面電荷指物體最外層表面的電荷。
在實(shí)際應(yīng)用中，靜電問(wèn)題基本上都與表面靜電有關(guān)。雖然沒(méi)有方法能中和體靜電，但體靜電很少造成問(wèn)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(guò)?；虿蛔愕撵o電荷，它是一種電能。
靜電是正負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果，靜電是通過(guò)電子或離子轉(zhuǎn)移而形成的。
2、靜電就是物體所帶相對(duì)靜止不動(dòng)的電荷。
三、靜電放電(ESD)現(xiàn)象：
1、有機(jī)玻璃與棉布摩擦后吸小紙屑。
2、脫下合成纖維上衣時(shí)產(chǎn)生劈啪聲，夜間可見(jiàn)火花(空氣擊穿 場(chǎng)強(qiáng)為30KV/cm)。
四、靜電的產(chǎn)生方式：
接觸、摩擦、沖流、壓電、溫差、冷凍、電解
五、靜電的特點(diǎn)：
高電位：可達(dá)數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)伏，操作時(shí)常達(dá)數(shù)百和數(shù)千伏。
低電量：靜電流多為微安級(jí)(mA)。
作用時(shí)間短：微秒級(jí)
受環(huán)境影響大：特別是濕度，濕度上升、靜電下降。
六、靜電電荷單位：
庫(kù)侖(C)、毫庫(kù)侖(mC)、微庫(kù)侖(mC)、微微庫(kù)(rrC)
七、面電荷密度：
C/㎡ s= (q=電荷量；s=表面積)
八、從靜電學(xué)來(lái)區(qū)分材料的導(dǎo)電情況：
靜電導(dǎo)體：小于1×106Wcm(體電阻) 例：金屬
靜電亞導(dǎo)體：大于1×106Wcm而小于1×1010Wcm 防靜電器材
靜電絕緣體：大于1×1010Wcm 硬塑料
注意：由于靜電的特點(diǎn)(電位高，電量小)，因此它與普通電工學(xué)中導(dǎo)體和絕緣 體劃分有所不同。
B、靜電產(chǎn)生的物理過(guò)程
一、靜電起電現(xiàn)象：
毛皮摩擦膠木棒，各自帶極性相反，數(shù)量相同的電荷，一個(gè)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(fù)電荷。
二、靜電序：
空氣→人手→石棉→兔毛→玻璃→云母→人發(fā)→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→二氧化硅→聚四氟乙稀
其中，任意兩種物質(zhì)摩擦后前者帶正電，后為負(fù)。但也不是絕對(duì)的，與材料表面清潔程度、環(huán)境條件、接觸壓力、光潔程度、表面大小、分離速度等有關(guān)。
三、固體起電：
與電子逸出功(功函數(shù))、溫度、電荷載體濃度有關(guān)。
形式：1、斷裂帶電
材料因機(jī)械破裂使帶電粒子分離，使兩側(cè)帶等量、異性電荷。
2、壓電效應(yīng)：石英 0.5V電位差，如：電光鞋、煤氣打火器
3、熱電效應(yīng)：壓電晶體加熱時(shí)，一端帶正電，一端帶負(fù)電；冷卻時(shí)，反極性
4、剝離起電：相互密切結(jié)合的物體剝離時(shí)，會(huì)引起電荷分離，引起分離物體雙方帶電，如疊在一起的塑料袋分離時(shí)，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(qiáng)烈，碰撞面積越大，起電越強(qiáng)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(zhì)和其它離子被吸引到金屬壁上。正負(fù)離子對(duì)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并吸附著，而液體中電荷量相等的異號(hào)離子留在液相內(nèi)，并聚集在界面附近。在界面處形成偶電層，內(nèi)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(dòng)的稱活動(dòng)層或擴(kuò)散層。
2、流動(dòng)帶電
當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)層的帶電粒子隨液體流動(dòng)形成流動(dòng)電流，異號(hào)帶電粒子留在管道中，如管道接地則流入大地，流動(dòng)的電荷形成流動(dòng)電流，穩(wěn)態(tài)時(shí)，帶電粒子不斷被流動(dòng)液體所帶走，固定層電荷經(jīng)接地管道而被中和。此現(xiàn)象有點(diǎn)像電解。不同的親和力，擴(kuò)散與液體流動(dòng)的綜合作用取代了電解中的電場(chǎng)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(zhì)微粒。
六、人體靜電
人體是最主要的靜電源之一
人體的活動(dòng)使部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能
每日耗熱量：4.18×107J ＝ 10KWh
瞬間放電功率達(dá)九十千瓦
步行起電約800V
從聚氯乙烯椅子上站起來(lái)時(shí)帶電18KV
人體對(duì)地電阻主要由鞋、襪、地面決定
濕度影響大：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(guó)標(biāo)SJ/T 10630－95)
C、靜電損傷
一、軟損傷－－性能能下降，效應(yīng)累加占90%，隱含性的
硬損傷－－一次性永久失效，占10%
二、器件敏感度的分級(jí)：
I級(jí) 0～1999V
II級(jí) 2000V～3999V
III級(jí) 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范圍盡管較大，但其下限一般都只有數(shù)十伏至數(shù)百伏，低于電子工業(yè)生產(chǎn)中操作者、工作臺(tái)面、工具所帶的靜電壓，因而有可能發(fā)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(shè)計(jì)、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(dòng)和生產(chǎn)操作中都可能產(chǎn)生不同數(shù)值的靜電，其電壓從十伏至數(shù)萬(wàn)伏不等。 HBM是根據(jù)帶有靜電的操作者在工作過(guò)程中與器件的管腳接觸，將存貯于人體的靜電荷通過(guò)器件對(duì)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(chǎng)感應(yīng)模型”。
五、損傷實(shí)例：
1、Motorola、MOS大規(guī)模集成電路－－CPU，老化11周。開(kāi)始未采用導(dǎo)電盒放置，拒收率為40×10－n，但從四周后用鍍鎳盒放置，則降為15×10－n，此實(shí)驗(yàn)跟蹤7個(gè)多星期，平均為18×10－n。
2、國(guó)內(nèi)某廠生產(chǎn)CMOS電路篩選入庫(kù)后，抽檢發(fā)現(xiàn)有5%失效率，失效率模式為輸入漏電流增大。經(jīng)分析與ESD有關(guān)，該廠生產(chǎn)的CMOS電路在測(cè)試前后都放置在普通塑料盒內(nèi)，塑料上的靜電荷傳遞給CMOS電路。在測(cè)試過(guò)程中，當(dāng)器件接觸人體或桌面上的接地金屬時(shí)就會(huì)引起放電，導(dǎo)致ESD損傷而失效，后來(lái)采用一系列ESD措施、改為防靜電盒，現(xiàn)象消失。
靜電絕緣體，電阻率>1012，硬塑料，有機(jī)玻璃。 D、防靜電的方法
1、防靜電區(qū)設(shè)計(jì)原則：
① 抑制靜電荷的積累和靜電壓的產(chǎn)生。如設(shè)備、儀器、工裝不使用塑料、有機(jī)玻璃、普通塑料袋。
②安全、迅速 ，有效地消除已產(chǎn)生的靜電荷 ，使 用有繩防靜電腕防靜電椅 、車、箱。
③保證靜電壓小于100V。
2、地面
防靜電地面，(防靜電水磨石，防靜電地板)105～1010，敷設(shè)地線網(wǎng)。
3、工位
臺(tái)面、工作椅、凳面應(yīng)采用ESD保護(hù)材料。
4、人體
穿防靜電服、鞋、腕等(1M)。
5、接地
a、防靜電工作區(qū)必須有安全可靠的防靜電接地裝置，地電阻小于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(shí)，其地線可以作防靜電地線。
b、工作臺(tái)面、地板墊、坐椅、凳和其它導(dǎo)靜電的ESD保護(hù)措施均應(yīng)通過(guò)限流電阻接到地線，腕帶等應(yīng)通過(guò)工作臺(tái)頂面接地點(diǎn)與地線連接，工作臺(tái)不可相互串聯(lián)接地。
c、防靜電工作區(qū)接地系統(tǒng)，包括限流電阻和連接端子應(yīng)連接可靠并具有一定載流能力，限流電阻阻值選擇應(yīng)保證漏泄電流不超過(guò)5mA，下限值取為1M Ω。
6、濕度
小于60%時(shí)，須建防靜電操作系統(tǒng)。
7、電離器
不能有效地泄放靜電荷的場(chǎng)合，可采用電離器通過(guò)空氣中的正負(fù)離子來(lái)防止和中和元器件和其它物體上電荷 積累，電離能力大于250V/s。
8、增濕
增濕器可使潮濕空氣流，防止靜電荷積累，此法不適；增濕后產(chǎn)生有害影響的場(chǎng)地。
9、包裝
靜電敏感器件應(yīng)采取保護(hù)性包裝；
靜電敏感器件包裝器具必須采用防靜存放盒，防靜電塑料袋。
10、運(yùn)輸、貯存
SSD必須放在防靜電容器(箱、袋)內(nèi)，并用防靜電運(yùn)輸工具(車)。
庫(kù)房滿足防靜電操作系統(tǒng)要求，SSD須放防靜電容器內(nèi)，貯運(yùn)中要遠(yuǎn)離靜電， 電磁場(chǎng)或放射場(chǎng)的位置。
11、SSD元器件應(yīng)分類拿放，靜電敏感符號(hào)
符號(hào)符合GJB1649規(guī)定。
E、防靜電材料的度測(cè)方法與時(shí)效性
1、摩擦起電法：棉布120次/分 20次。
2、電阻率測(cè)量法，小于1010W為好。
3、衰減常數(shù) RC
紅色塑料袋與紅色泡沫時(shí)效期半年，不能在陽(yáng)光下曬，黑色防靜電箱5年，裝IC塑料管、也有時(shí)效性。
F、生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題
摩擦法測(cè)試
一、流水線3條
補(bǔ)焊1線(中試線)靜電壓高達(dá)880V
補(bǔ)焊3線靜電壓高達(dá)580V(皮帶線)
電纜托板線180V
二、元器件包裝塑料袋達(dá)2000V，內(nèi)裝各種IC
三、零部件箱
3300V，內(nèi)裝各種IC。
四、自動(dòng)線體與工裝
用戶板測(cè)試線白色塑料壓棒
五、軟件寫(xiě)入器外殼為普通塑料，摩擦后可帶數(shù)百伏靜電
G、靜電測(cè)試儀器
1、非接觸靜電場(chǎng)測(cè)量?jī)x
2、表面電阻測(cè)量?jī)x
H、待做的工作
1、完善生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)的防靜電工藝規(guī)范
2、靜電敏感器件的分類與防靜電規(guī)定
3、靜電敏感器件在電路中提高抗靜電設(shè)計(jì)要求
4、防靜電材料與器材的質(zhì)量保證
5、培訓(xùn)