静电的危害与防护

1. 静电的危害与防护

2. 一、静电基本知识 　　（一）静电 　　静电就是静止的电荷。静电的产生是由于电子在外力的作用下，从一个物体转移到另一个物体或者是受外界磁场的影响而产生的极化现象。 　　静电产生的原因有：摩擦、碰撞、剥离；静电感应；电容改变；压电效应；电磁辐射感应等。 　　我们在日常生活可以感觉得到的静电现象，如冬天穿毛衣时所产生的噼啪声，冬天在地毯上行走及接触把手时的触电感，以及大自然中的闪电现象。 　　（二）静电放电来源 　　在一般工作场所到处都有静电源，这些静电源可归为材料，人员及环境三大类。 1. 材料方面，例如塑料袋、纸皮等。 2. 人员方面包括身体、衣服、动作等。 3. 环境方面包括地板、工作台、座椅等。

3. （三）静电放电(ESD) 　　静电放电（ElectroStatic Discharge），简称ESD。指具有不同静电势的两个物体之间的静电转移。是静电场的能量积累到一定程度后，击穿介质放电的现象。 　　物质之间相互作用（如摩擦、接触、感应、传导）而引起的物质获得或失去电子，失去电平衡而带电荷，电荷的积累就使得物质表面带上静电，当电荷积累到足够的强度时，电荷将可能泄放，造成其周围的物质被击穿，从而得到新的电平衡。这种静电电荷的快速中和称为静电放电， 　　实验结论，当静电电压为3KV左右时，由静电放电造成瞬间冲击的电击，人体会有明显的电击感。电击的感觉程度决定于电流大小、时间长短、电流种类，以及人体当时的健康状况、精神面貌等。 　　人体静电放电的能量在一定程度上取决于人体电容的大小，人体电容与人体的位置，人体姿势、鞋、地面等因素。静电损伤照片如图1.55所示。 2014/8/25

4. （四）ESD对电子设备造成的破坏 ESD在电子设备中时有发生，在静电放电过程中，将产生潜在的破坏电压、电流和电磁场。ESD产生强大的尖峰脉冲电流，包含丰富的高频成分，其最高频率甚至可能超过1GHz。这些高频脉冲使得PCB板上的走线变成非常有效的接收天线，使得感应出高电平的噪声。 ESD对电路的干扰一是静电放电电流直接通过电路造成损害，另一是产生的电磁场通过电容耦合、电感耦合或空间辐射耦合等对电路造成干扰。 ESD电流产生的场可直接穿透设备，或通过孔洞、缝隙、输入输出电缆等耦合到敏感电路。ESD电流在系统中流动时，激发路径中所经过的天线，导致产生波长从几厘米到数百米的辐射波，这些辐射能量产生的电磁噪声将损坏电子设备或骚扰它们的运行。

5. 若ESD感应的电压或电流超过电路的电平信号，在高阻抗电路中，电流很小，此时电容耦合占主导，ESD感应电压将影响电路电平信号；在低阻电路中，电感耦合占主导，ESD电流将导致器件失效。若ESD感应的电压或电流超过电路的电平信号，在高阻抗电路中，电流很小，此时电容耦合占主导，ESD感应电压将影响电路电平信号；在低阻电路中，电感耦合占主导，ESD电流将导致器件失效。 ESD的两种主要破坏机制是： 1、由于ESD电流产生的热量导致器件的热失效； 2、由于ESD高的电压导致绝缘击穿，造成激发更大的电流，造成进一步的热失效。 ESD失效可以分为永久失效及暂时失效。如果在静电接触传导放电时产生的电压过高电流过大，有可能会造成器件永久性损坏，如冬天用手接触电路，造成设备损坏而不能继续使用。而在有些情况下，一些较小的电路噪声，导致偶尔出现异常结果，但过后设备并未损坏，这种情况可称为ESD暂时失效。下图为因ESD损坏的电路板及芯片。

6. （五）静电敏感器件(ESDS) 　　不同的器件对静电放电（ESD）的敏感程度不同。静电敏感器件（ElectroStatic Discharge Susceptibility），指日常操作、试验和运输容易遭受静电场或静电放电所损害的分立器件、集成电器或组件。如VMOS器件对静电较敏感。由于静电放电速率很快，而且在放电时的电阻一般很小，往往会造成瞬时大电流，可能超过20安培。这种放电如果经过超大规模集成电路，特别是金属氧化膜半导体（MOS）器件，这么大的电流往往会对电路造成损害。损害包括器件性能的任何降低或不正常。一般，将30V作为静电安全电压。

7. 电标志 防静电标志也称防静电标识。是防静电控制体系中不可缺少的一环，这些标识鲜明又形象地指示出与静电有关的产品、区域或包装等，提示工作人员时刻不忘静电的危害性，做好防范工作。 按照IPC-A-610C，常见的静电警告标识主要有以下两种： 1. ESD敏感符号 表示容易受到ESD损害的电子电气设备和组件。如图（a）所示。　　　 2. ESD防护符号 表示对ESD敏感组件和设备起到ESD防护功能的器具。如图（b）所示 a) ESD敏感符号 b)ESD防护符号 　　一般粘贴在车间所用的器材、产品的外包装、设备外壳或需防静电的场所中。

8. 二、识别和使用防静电器材 电子产品生产过程中，根据产品生产等级的要求，生产车间需配备相应的防静电设施。车间的温度、湿度分别控制在（25±2）℃，65%±5%RH，车间外的接地系统定期检测。采用静电防护的是树立防静电意识，尽量减少静电对电子产品的危害，提高产品的质量。静电防护的方法常见的有接地法、泄漏法、静电中和法、工艺控制法等。 常用静电防护器材有： 1. 防静电工作台（EPA） 　　　一般的焊接和测试设备都能产生足以破坏敏感元件性能的能量。防静电工作台能够防止操作时的尖峰脉冲和静电释放对于敏感元件的损害。具有对电气过载（EOS）损害的防护功能，并能够避免在维修、制造或测试设备中产生尖峰脉冲。

9. 2. 防静电服 　　防静电服由防静电纱卡、防静电绸等制成，结构上有连体式、分体式。织物纤维中含有导电纤维，通过导电纤维的电晕放电和泄漏作用消除服装上的静电。如图 (b)、(c)所示。 b)防静电工作服 c)防静电帽

10. 　3. 防静电腕带 　　对静电来说，人体是导体。消除人体静电的措施就是接地。生产时佩戴静电手环是泄放操作人员静电电荷的可靠方法。如图所示。腕带 使用方法： 　　有线静电手环之金属端帶于使用者腕部，调节其腕帶的松紧度,不能过紧﹑也不能过松。)有线的一端夹在地线上,注意要夹紧。 　　静电手环测试：将静电手环按上述方法戴好，用静电手环之一端夹住线杆,用手按下静电手环测试仪的另一端。当 　（1） LOW灯亮，表示短路，此时红灯亮，静电手环不可使用： 　（2） GOOD灯亮，表示工作正常，此时绿灯亮，静电手环可以使用； （3） HIGH燈亮，表示开路，此时红灯亮，静电手环不可使用。 a) 防静电橡筋手腕带　b)防静电腕带工作示意图 c)静电泄放

11. 4. 防静电鞋、脚腕带 　　穿上防静电鞋、防静电鞋垫等，使静电从人体导向大地，从而消除人体静电。防静电鞋使用方法： 　　放一只脚于底盘上,假如已铺设导电地板,那么必须抬起另外一只脚离开地板,并且确信 “WRIST CORD” 插座无插头插入。按住表面金属测试按键，保持5-10秒钟。如果绿色 “PASS” 指示灯亮,则表示静电鞋功能正常；如果红色的 “FAIL LO” 或 “FAIL HI” 指示灯亮同时伴有响声,则表明静电鞋功能不正常,需要立即检查。换另一只脚重复上述步骤。

12. 5. 防静电手套、指套 　　由防静电布或防静电针织物制成，其中指套用于微电子产品的生产。如图 (a)、(b)所示。 防静电手套　防静电指套

13. 6. 防静电地垫 　　防静电地垫由防静电复合2胶皮与接地线构成，在不防静电车间、工厂内，当局部要防静电时，可以采用这种经济有效的防静电措施。

14. 7. 防静电海绵、元件盒、包装袋周转箱、周转车 在元器件、半成品、成品的运输过程中，也要有防静电措施。防静电插板、元件盒、包装袋、周转箱、周转车起着防护功能。 7. 防静电海绵、元件盒、包装袋周转箱、周转车 在元器件、半成品、成品的运输过程中，也要有防静电措施。防静电插板、元件盒、包装袋、周转箱、周转车起着防护功能。如图1.68(d)、(c)、(f)所示。 屏蔽袋 防静电海绵 防静电周转车

15. 8. 离子风机 进入生产车间前，先进风淋房去除人体身上的静电，其设备就是离子风机。离子风机可产生大量的带有正负电荷的气流，中和掉物体上所带的电荷。当物体表面所带电荷为负电荷时，它会吸收气流中的正电荷，当物体表面　　　所带电荷为正电荷时，它会吸收气流中的负电荷，从而使物体表面上的静电被中和，达到消除静电的目的。如图 (h)所示。

16. 三、静电值的测量 　　测量静电值的仪器为静电测试仪。主要用于实验室条件下测定纺织原料和制成品（含纤维、纱线、织物、地毯、装饰织物）的静电性能，也可用来测定其它片、板状材料如纸张、橡胶、塑料、复合板材等的静电性能。仪器主机由电晕放电装置、探头和检测系统组成。利用给定的高压电场，对被测试样定时放电，使试样感应静电，从而进行静电电量大小、静电压半衰期、静电残留量的检测，以确定被测试样的静电性能。

17. 四、静电值的测量练习 　　目的：学会静电测量仪的使用；了解各种材料的静电值。 　　器材：静电测量仪，各种材料（纤维、纱线、织物、地毯、纸张、橡胶、塑料、复合板材）。 　　内容：1. 查阅静电测量仪的使用说明书，熟悉其使用方法。 2.用静电测量仪测试各种材料的静电。