《静电理论与防护ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《静电理论与防护ppt课件（105页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、静电理论与防护,我国对静电的研究有40多年的历史，取得了许多成果，有一大批各层次的科技人员。尽管如此，还有许多静电问题没有解决，静电仍是困扰我们的“幽灵”。在空气干燥的季节，当你开门时偶尔会有电击的感觉，这就是静电放电（）。当你感觉电击时，你身上的静电电压已超过伏！当你看到放电火花时你身上的静电已高达伏！当你听到放电声音时，你身上的静电已高达伏！但是现代许多高速超大规模集成电路碰到仅几十伏或更低的静电就会遭到损坏。也就是说当你接触这些电路时，你既没有感觉到又没有看到更没有听到静,“幽灵”般的静电,电放电时，这块电路就已部分损伤或完全损坏，而你可能还在找其硬件或软件的原因。你可能还没有意识到是静
2、电这个“幽灵”。在上个世纪中叶以前，静电现象就如同科技馆中的表演，只是一种有趣的物理现象；然而现在，静电已成为高科技现代化工业的恐怖主义者。国内外近年发生了多起因静电造成的重大人员死亡事故。在军工企业部门，静电放电使火箭（弹）产生意外爆炸；在石化工业中静电放电多次使汽油着火爆炸；在电子工业中损坏电子元器件，仅美国每年因静电对电子工业所造成的损失,“幽灵”般的静电,“幽灵”般的静电,就达几百亿美元。静电危害的另一种形式是静电力的危害，静电力的吸尘作用会影响产品质量，在大规模集成电路生产中由于静电使芯片成品率大大降低。印刷过程中由于静电吸引力使纸张难以对齐，降低生产效率。另外静电放电还产生很强的电
3、磁干扰，其频率非常宽，从低频至几千兆赫兹以上。这种强电磁场作用时间短但其强度远比手机辐射的电磁场强，会干扰一些设备的正常工作。 静电危害那么大，它是如何产生的呢？任何物质都是由原子组合而成，而原子的基本结构为质子、中子及电子。科学家们将质子定义为正电，,“幽灵”般的静电,中子不带电，电子带负电。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负电平衡，所以对外表现出不带电的现象。但是由于外界作用如摩擦或以各种能量如动能、位能、热能、化学能等的形式作用会使原子的正负电不平衡。在日常生活中所说的摩擦实质上就是一种不断接触与分离的过程。有些情况下不摩擦也能产生静电，如感应静电起电，热电和压电起电、喷
4、射起电等。任何两个不同材质的物体只要接触后分离就能产生静电，流动的空气也能产生静电。为什么流动空气会产生静电呢？,“幽灵”般的静电,因为空气也是由原子组合而成，所以可以这么说，在我们生活的任何时间、任何地点都有可能产生静电。要完全消除静电几乎不可能，但可以采取一些措施控制静电使其不产生危害。对于不同的环境，不同的防护对象，有不同的防护方法和措施。有很多办法可以降低静电以减小静电的危害，如采用一些静电防护器材和措施控制人体和环境的静电，工作人员可穿防静电服和鞋及铺设防静电地面。除了有好的静电控制硬件措施外，还要有静电控制软件措施，这就是静电控制管理和认证制度以及防静电知识培训等。在国外很多部门都
5、有专门的静电控制管理人员。,“幽灵”般的静电,另一方面可以在设计电路时采取一些措施以提高产品的抗静电能力。静电有很多危害，静电是否也能利用呢？答案是肯定的，利用静电能给人类造福。大家了解得最多的是静电复印现在得到了广泛使用。静电除尘，具有效率高的优点，现在很多空气净化器就是利用静电能吸除空气中的很小的尘埃，使空气净化。在农业中，利用静电喷雾能大大提高效率和降低农药的使用，既经济又有利环境保护。静电还有很多应用，如静电处理的种子抗病能力,“幽灵”般的静电,强，病害发生减少，而且发芽率高，产量得到提高；静电放电产生的臭氧是强化剂，有很强的杀菌作用；经过静电处理的水，既能杀菌又不易起水垢。带有静电的
6、驻极体膜还能治疗各种软组织损伤，它有活血化瘀、消炎消肿的作用。静电还可用于喷涂，用静电喷涂家用电器如洗衣机、电冰箱的外壳非常均匀。总之， 静电这个神秘的东西，虽然我们不能用肉眼看见又不能用手摸到，但是静电在我们的身边不断产生和消失，它既给人类造成危害， 又能为人类所利用。,目录,1 静电起电机理 2 静电放电与ESD模型 3 静电放电的特点及其危害 4 电子行业静电障碍的形成 5 静电防护理论与系统设计 6 电子行业静电防护标准 7 EMC简介,1 静电起电机理,静电起电的基本概念 接触分离起电理论 静电带电序列 其它起电方式,静电起电基本概念,静电起电包括使正、负电荷发生分离的一切过程,如:
7、 (1)通过固体与固体表面、固体与液体表面之间的接触、摩擦、碰撞，固体或液体表面的破裂等机械作用产生的正、负电荷分离; (2)气体的离子化、喷射带电以及在粉尘、雪花和暴风雨中的带电现象。,接触分离起电理论,如何科学地解释静电起电的微观机制，仍是目前该研究领域的疑难问题之一。目前学术界比较统一的理论基础是“接触分离”起电理论。,（a）接触电荷转移 （b）偶电层形成 （c）电荷分离摩擦起电的基本过程,接触阶段,接触阶段就是形成偶电层的过程，两个物体最终带电的正负极性就是由这个过程决定的。 两个中性物体接触时，若接触距离25A，接触界面处将发生电荷转移，功函数小的物体中的电子将转移到功函数大的物体中
8、，当转移过程达到平衡时，形成偶电层，但外部看不出起电。,分离阶段,分离阶段就是使已经接触的两个物体突然分离，分离后的物体分别带上电量相等而符号相反的电荷，两个物体最终被观察到的静电电位的高低，由分离阶段决定。 但分离的瞬间，分离处局部电场强度剧烈增加，促使物体间电荷倒流，发生传导中和效应，偶电层发生畸变。这种现象与材料的电导率关联性很强，对于导体材料，传导中和效应明显；对于非导体材料，传导中和效应很弱，甚至没有。,静电带电序列,两种不同材料摩擦后分开，会分别带有正、负电荷，处于带电（静电）状态，其带电量多少取决于材料性质、摩擦力大小以及摩擦的频率。 根据国际标准规定的材料摩擦带电序列表，排序表
9、上位置间隔越大的材料相互摩擦会产生较强的静电。如人头发与PVC(Polyvinylchlorid，主要成份为聚氯乙烯 )摩擦时，人头发带正电，PVC带负电，并且带电量会很大。 具体可参考下面的静电序列表。,静电带电序列表,典型的静电带电序列（美国ESD协会1991年公布）（）人手、兔毛、玻璃、云母、人头发、尼龙、羊毛、毛皮、铅、丝绸、铝、纸、棉花、钢、木材、琥铂、封蜡、硬橡胶、铜、镍、银、黄铜、金、白金、硫磺、醋酸酯纤维、聚脂、赛璐珞、奥纶、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀（乙烯树脂）、聚三氟氯乙烯聚合物、硅、聚四氟乙烯（） 根据此序列，任意两种物质接触分离后，位居前面的带正电，位居后面的带负
10、电；且两种物质在序列表上的位置相距越远，产生的静电电位差越高 。,其它起电方式,固体的静电起电方式除前面讲述的接触分离起电以外，还有多种其它起电方式,具体如下: (1)剥离起电互相密切结合的物体剥离时引起电荷分离而产生静电的现象，称为剥离起电。 (2)破裂起电当物体遭到破坏而破裂时，破裂后的物体会出现正、负电荷分布不均匀现象，由此产生的静电，称为破裂起电。,(3)电解起电当固体接触液体时，固体的离子会向液体中流动，这使得固、液分界面上出现电流。固体离子移入液体时，留下相反符号的电荷在其表面，于是在固、液界面处形成偶电层。若在一定条件下，和固体相接触的液体移走，固体就留下一定量的某种电荷。 (4
11、)压电起电在给石英等离子型晶体加压时，会在它们表面上产生极化电荷。这种现象称为压电效应。产生压电效应的原因是这些晶体的电学上各向异性。,(5)热电起电若对显示压电效应的某些晶体加热，则其一端带正电，另一端带负电。这种现象称为热电效应。 (6)介质的感应起电感应带电就是带电物体的电场，在邻近的物体上造成电荷的分离，靠近带电物体的表面，会出现与带电体电荷极性相反的感应电荷。,（7）吸附起电空气中的浮游带电粒子被物体表面的偶极子吸引且附着在物体上时，整个物体就会有某种符号的过剩电荷而带电。 （8）喷电起电当原来不带电的物体处在高电压带电体附近时，由于带电体周围特别是尖端附近的空气被击穿，出现空间放电
12、或者接触放电现象，结果使原来不带电的物体带上与该带电体或电源具有相同符号的电荷，这种起电方式叫做喷电起电。,2 静电放电与ESD模型,概述 静电放电类型 静电放电图片 静电放电（ESD）模型,概述,静电放电指带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质产生电离而使带电体上的静电荷部分或全部消失的过程。 既有静电能量的传导输出，也有电磁脉冲场的辐射。产生瞬时脉冲大电流，可达到几十甚至上百安培。 总体呈现为一个随机的动态过程，会受气候、环境等条件的影响。常常使得研究者难以捉摸。,静电放电类型（根据静电放电的特点，并从防止静电危害方面来考虑，放电类型可分为七种 ，包括如下六种和电场辐射放电）
13、,带电体,放电通道,电场线,目前电子行业比较常用的静电放电模型如下： （1）人体模型（HBM）,静电放电（ESD）模型,（2）人体金属模型,（3） 带电器件模型（CDM）,（4）机器模型（5）ESD家具模型（6）场感应模型,3 静电放电的特点及其危害,静电放电的特点 静电放电的危害模式 静电吸附 静电击穿 MOS电路的击穿电压计算 介质击穿的分类,静电放电的特点,通常，偶然产生的静电放电称为ESD事件。在实际情况中，产生ESD事件往往是物体上积累了一定的静电电荷，对地静电电位较高。带有静电电荷的物体常称为静电源。静电放电的特点如下： （1） 静电放电可形成高电位、强电场、瞬时大电流某些静电放电
14、过程中产生的放电电流非常小，如电晕放电。,但大多数情况下，静电放电过程往往会产生瞬时脉冲大电流，尤其是带电导体或手持小金属物体（如钥匙或螺丝刀等）的带电人体对接地导体产生火花放电时，产生的瞬时脉冲电流的强度可达几十安培甚至上百安培。大的电流在绝缘体上形成局部放电，会产生大量热量损坏器件，甚至引起火灾、爆炸等事故。,（2）静电放电过程会产生强烈的电磁辐射 （形成电磁脉冲）在ESD过程中会产生上升时间很快、持续时间极短的初始大电流脉冲，并产生强烈的电磁辐射，形成静电放电电磁脉冲（ESD EMP）。它的电磁能量往往会引起电子系统中敏感部件的损坏、翻转，使某些装置中的电火工品误爆，造成事故。,另外，静
15、电导体之间的电压，超过它们之间的空气和绝缘介质的击穿电压时，就会产生电弧。在0.7ns 到10ns 的时间里，电弧电流会达到几十安培，有时甚至会超过100 安培，电弧将一直维持直到两个导体接触短路，或者电流低到不能维持电弧为止。 可能产生电弧的实例有人体、带电器件和机器；可能产生尖峰电弧的实例有手或金属物体；可能产生同极性或者极性变化的多个电弧的实例有家具。,静电放电的危害模式,静电吸附,表1列出了半导体元器件及其使用环境中部分物品表面的静电电位。显然，它们的静电电位都很高。由于静电的力学效应，很容易使,表 1 名 称 静电电位 芯 片 5.0(kV) 工作台表面 35 (kV) 操作人员 1
16、00(kV),工作场所的浮游尘埃吸附于芯片表面，而很小的尘埃吸附都有可能影响半导体器件的良好性能。所以电子产品的生产必须在清洁环境中操作，并且操作人员、器具及环境必须采取一系列的防静电措施，以防止和降低静电危害的形成。,静电击穿,（1）概述静电放电与外加稳定电源产生的放电虽然同为电荷积聚所致，但又有着明显的区别。 首先，在静电放电的情况下，放电电源是空间电荷，因而它所储存的能量是有限的，不像外加电源那样具有持续放电的能力，故它仅能提供短暂的局部击穿能量。 其次，虽然静电放电的能量较小, 但其放电波形很复杂，控制起来比较麻烦。,（2）静电击穿造成的危害可大致分为硬击穿或软击穿两种形式。硬击穿是一次性造成器件的永久性失效，如器 件的输出与输入开路或短路。软击穿则可使器件的性能劣化，并使其指标参数降低而造成故障隐患。软击穿时设备仍能带“病”工作，性能未发生根本变化，很可能通过出厂检验，但随时可能造成再次失效。多次软击穿就能造成硬击穿，使设备运行不正常。,
