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静电培训初级教材 一 静电的概念 静电（Electrostatic）就是相对观察者为静止或缓慢变化的电荷。静电是一种电能，它留存于物体表面；静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；静电是通过电子或离子的转移而形成的。 静电放电现象是大家都熟悉的。当天气干燥时，用塑料梳子梳头会产生放电声；脱下合成纤维衣服时产生劈啪声，夜间还可以看到火花（空气的击穿场强为30KV/CM）；在日光灯、电视机屏幕、唱片、录音机磁头上易于附着灰尘等现象，这都是我们日常生活中经常体验到的静电现象。 在一般工业生产中，静电具有高电位、低电量、小电流和作用时间短的特点，设备或人体上的静电位最高可达数万伏以至数十万伏；在正常操作条件下也常达数百至数千伏。这要比市用低压电220V、380V高得多。但所积累的静电量却很低，通常为毫微库仑（nC 、10-9C）级；静电电流多为微安（A、10-6A）级；作用时间多为微秒（S、10-6S）级，所以不会对人体造成伤害。 静电受环境条件，特别是湿度的影响比较大；静电测量时复现性差、瞬态现象多。 就电子元器件的生产及电子设备的装联、调试作业而言，因接触磨擦起电、人体静电与接地问题能造成很大经济损失。初步研究发现，磨擦起电、人体静电乃是电子、微电子工业中之两大危害源。随着电子工业的迅速发展，静电危害正在日益表露出来并逐渐受到人们的重视。 二 电子工业静电的危害形式 1 静电吸附 常常产生工作服吸尘埃污物，仪器仪表吸灰尘，PC机软盘、软驱吸尘损坏，DDC软体、自调软体数据丢失。 2 静电放电引起的器件击穿 由ESD（静电放电）引起的元器件击穿损坏是电子工业，特别是电子产品制造业中最普遍、最严重的静电危害。在电子产品的生产中，从元器件的预处理、插装、焊接、清洗、单板测试、调试、总装等工序，由于接触分离、摩擦、感应等作用，都会使操作人员、工具、工作台面、元器件、元器件包装容器等产生静电，同时可随时对器件造成ESD损害。 当带静电的物体接触SSD（静电敏感元器件，如MOS管、IC等元件），就会发生静电放电。这种极短时间（S级）的突发脉冲，平均功率达几瓦，足以熔化小体积的硅，并在管芯的表面留下熔坑；ESD电流还会引起局部过热，造成PN结熔断，使器件参数退化或失效，造成引线（铝条）的熔化而开路、造成半导体电路芯片的薄膜电阻熔断或阻值变化。 近年来，在电子器件中，CMOS集成电路，因其消耗功率小，抗干扰能力强及工作电压范围广等优点，应用很广泛。它是互补型的“金属氧化物半导体”结构，其栅极下氧化层的耐压限值约为100500伏。而在一系列的生产流程中，操作人员可能带上几千伏甚至几十千伏的静电，当他们一接触到CMOS器件，就会击穿氧化层，造成器件的永久性失效或留下隐患。 几种敏感元件的敏感电压见下表： 元件名称 敏感电压(V) MOS场效应管 100200 结型场效应管 140700 CMOS集成电路 2502000 TTL集成电路 3002500 ECL（逻辑线） 5001500 3 静电感应 当导体和电介质置于静电场中，在其上感应出正或负的静电荷，其静电电压的幅值取决于静电场强度。所以静电敏感区内不得放置产生强电场和强磁场的设备，如：大功率风扇等。 4 静电放电时产生的电磁脉冲 静电放电可产生频带几百千赫兹几十兆赫兹、电平高达几十毫伏的电磁脉冲干扰，当脉冲干扰耦合到计算机和低电平数字电路时，致使电路发生翻转效应，出现误动作。强能量的脉冲干扰，可使静电敏感器件破坏。像1971年11月15日西欧发射的“欧2火箭”，就是因静电放电产生的电磁脉冲导致计算机误动作，使此次发射失败。 三 电子生产环境中的典型静电源 （一） 人体静电 人体静电的产生方式，主要有接触起电，感应起电和迁移吸附起电。 接触起电是一种最普遍的起电形式。它的基本原理是物质间的电子转移，当两种物质相互接触其间距小于2510-8厘米时，就会发生电子转移。其中逸出功较低的物质失去电子而呈现正电位，逸出功较高的物质得到电子而呈现负电位。即在两种物质的接触面上形成“偶电层”并产生接触电位差。当该两种物质分离时，其上部分电荷回流，但仍然残留有符号相反的电荷。即产生了静电。人们在生产活动中，人体与物体，皮肤与衣着，鞋底与地面之间不断地产生接触分离过程，就会产生静电。比如，羊毛混纺衣服，并坐在人造革面椅子上的人突然起立时，人体可带上近万伏的高压静电。 人体感应起电的基本原理是静电感应。由于人体是导体，所以当人接近已带电的物体（或人）时，人体两侧会感应出正负两种电荷。通过接触接地设备，可将其中与原带电体同号的电荷移向大地，而人体便带有另一种电荷。比如，当已带电的人在未带电的人背后走过时，会使后者背上感应出与前者异号的电荷，而手上感应出同号的电荷。当被感应的人触及接地导体而放掉其上一种电荷（该过程会产生火花或电击，应当避免）后，人身体上便只带有与原带电者异号的电荷。 迁移起电是人体与其它带电体相接触时，带电体部分电荷移向人体使人体带电，吸附起电即悬浮的带电徽粒或离子等附着于人体，使人体带电，比如，在粉体粉碎车间，粉尘飞扬，就会有很多带电粉体颗粒附着在人体上，使人体带电。 人体带电的规律： （1） 人活动的速度越大，则起电速率越大，饱和带电量越大，带电电位越高。这是因为人的活动速度越大，引起接触分离的机会越多的缘故。比如，同是穿塑料底鞋的人在工业橡胶地面上行走，走的快时起电可达2500V，走的慢时只有800V。 （2） 人体对地电阻越大，则人的饱和带电量越大，带电电位越高。这是因为人体对地电阻越大，静电越不容易向大地泄漏的缘故。人体对地电阻比潮湿时大，故而在干燥地面上活动的人带电，电位高于潮湿地面上活动的人。 （3） 人的服装表面电阻率越大，人的饱和带电量越大。这是由于随着服装表面电阻率增大，静电不易泄漏的缘故。比如，在外界条件相同时，棉布的表面电阻率低于尼龙织物的表面电阻率，因此，尼龙织物的饱和带电量和带电电位比棉布的高。 （4） 环境（空气）的相对湿度越大，人体的饱和带电量越小。这是由于湿度增大时，在服装纤维表面形成薄薄的一层水膜，而使其表面电阻率降低，从而增加静电沿服装向大地泄漏。比如，当相对湿度低于30时，棉布工作服也可产生较高的静电电位，而相对湿度高于70时，大多数衣料都不会积聚静电。 （二） 电子联装生产中的静电源 1 工作服 作业人员穿用的普通工作服（化纤和纯棉制）与工作台面、工作椅摩擦时可产生0.210C的电荷量，在服装表面能产生6000V以上的静电电压并使人体带电。当作业人员手持集成电路或工作与工作台面放置的元器件接触时，即可导致放电。因元器件各引出线接触电位不同和芯片电介质极薄绝缘强度很低等原因，很容易造成器件电介质的击穿。 2 工作鞋 一般工作鞋（橡胶或塑料鞋底）的绝缘电阻高达1013以上，当与地面摩擦时产生静电荷使人体和所穿服装带静电。调查表明工作鞋与地面磨擦所产生静电导致元器件失效的事例并不多。但因其较高的绝缘电阻，使人体所带静电不能很快泄漏从而对元器件的生产带来不良影响。 3 各种包装和容器 用PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PS（聚苯乙烯）、PUR（聚氨脂）、ABS、聚脂树脂等高分子材料制备的包装和元件盒（箱）都可因磨擦、冲击产生静电荷对所包装器件产生不良影响。 4 工作台 工作台表面受到磨擦产生静电，可对放置其上的电子器件放电。 5 各种绝缘地面 混凝土、打腊抛光地板、橡胶板等都可因磨擦产生静电。另外因其较高绝缘电阻，作业人员带静电在其上时，不会短时间将静电荷泄漏。 6 某些电子生产设备 焊烙铁、波峰焊机等某些元器件装配设备内设的高压变压器、交直流电路都可在设备上感应出静电电压。如不采取静电泄漏措施，可使元器件在装配过程中失效。 四 静电控制措施 在现代电子工业生产中，在很多情况下，不产生静电是不可能的。但产生静电并非危害所在，危险在于静电积蓄以及由此产生静电电荷放电。因此静电积蓄的控制和静电泄漏是尤为重要的。 防静电危害的一般原则： 1 设法尽量防止和减少静电产生 2 在许多场合，采用加速静电逸散泄漏，防止静电荷积累的方法； 3 某些场合不能用上述办法时（静电仍大量产生，不断积累），只能采用防上静电放电着火措施，免除电击，故障和爆炸、火灾事故的发生。 （一） 静电泄漏和耗散 将各种操作运行过程中产生的静电荷迅速泄漏和耗散是防止静电危害行之有效的方法。静电泄漏是通过替换电子生产过程中接触致电的各类绝缘物（包括各种工装夹具和制品），而改用防静电材料并使之接地来完成的。防静电材料从防静电原理方面可以将其分为三类：导静电、静电耗散、电磁屏蔽耗散复合类。 注：1、防静电材料受到磨擦时，正负电荷可迅速扩散泄漏而不积累静电。 2、必须将防静电材料接地才能将表面产生的静电荷泄漏。 3、防静电材料要定期清洁保养。如：防静电台垫如果不定期将其表面的污物清除，就会降低防静电效果，甚至起不到防静电的作用。 （二） 静电中和 静电中和是消除静电的重要措施之一。在某些场合中，当不便使用ESD防护材料时，或必须某些高绝缘易产生静电的用品存放在工作台或工艺线上时，为了保证产品质量就必须对操作环境采取静电中和措施。静电中和是借助离子静电消除器或感应式静电刷来实现的。 静电中和原理：将正负离子与静电源上的正负电荷中和，从而消除静电源上积累的静电。 （三） 静电屏蔽与接地 接地的目的： 1 使物体与大地之间构成电气上的泄漏电路，即将物体上产生的静电泄漏至大地，防止物体积蓄静电荷。 2 防止带电物体附近的物体受到带电物体的静电感应。 3 限制带电物体的静电电位上升或限制由此产生的静电放电。 接地的对象：金属导体，金属以外的静电导体、静电亚导体。静电非导体或表面电阻在1011以上的物体不是接地对象。 静电屏蔽及接地通常用于对高压电源产生的静电场屏蔽、某些对静电极敏感电路的屏蔽，从而避免静电场对SSD器件和SSD组件的感应和静电放电产生的宽频带干扰。 静电屏蔽效果与接地有很大关系，只有将屏蔽体接地，才能保证屏蔽体上感应的静电荷泄漏，使屏蔽体内的电路不受静电场干扰。 静电屏蔽及接地是很多种仪表电路上防静电干扰的重要措施之一。同时也用于防止静电源对外界的干扰。 （四） 增湿 湿度增加则非导体材料的表面形成极薄的水膜（105mm厚），水膜中的杂质和溶解物质使表面电阻降低，使物体表面积蓄的静电荷可以更快泄漏。有静电危险场所，在工艺条件许可时，可以安装空调设备、喷雾器以提高空气的相对湿度消除静电。为对静电达到最佳的控制，必须使湿度保持在70%以上。 五 防静电用品（装备）及其使用 1 防静电腕带 操作者皮肤上的静电是SSD（静电敏感元器件）损坏的最常见的原因，现场测试和有关资料表明，在未采取有效的静电防护措施的情况下，操作工手工插装印制板时，手上静电电压为140360V，进行锡焊作业时，手静电电压为160450V；特别当操作者从坐椅上站起时，皮肤静电压最高可达1000V。这些都远远超过了所有静敏感器件的安全电压100V的数值。而戴用防静电腕带（又叫手环、扣带）是解决这一问题的有效方法。 （1） 构造与性能参数 防静电腕带与皮肤直接接触，是一种通过接地而把人体皮肤静电导走的装置，它由松紧圈和接地线组成。其中松紧圈可由多种导静电的复合材料制作，如镀银的单纤维和弹性尼龙丝的纺织物，带有保护层的不锈钢纤维织物，碳浸渍的塑料软片等。一般说来，松紧圈材料的电阻率v102CM。接地线也是防静电腕带的重要组成部分，接地线必须串接（或材料本身具有）大小为106的电阻，以保证操作者在意外情况下触及380V电压时不致发生人身伤害事故。 （2） 使用腕带时应注意的事项 a 腕带是利用它与人体皮肤的接触而把人体静电迅速泄漏的装置。所以，操作人员的皮肤是否与腕带接触良好是发挥泄漏静电作用的关键，所以在佩戴时必须紧贴手腕。 b 静电手环使用前必须经过测试并记录，且状态良好。 c 有线静电手环的接地线必须通过鳄鱼夹接在静电地线上，使用过程中注意防止鳄鱼夹松脱。 2 防静电台垫、防静电地垫 在操作静电敏感元器件时，工作台上应铺设用防静电材料制成的防静电台垫，使所有与之接触的SSD端子、工具、器具、仪表、人体等都达到基本均一的电位，并通过台垫上的接地线使静电迅速泄放。目前公司的防静电台垫为双层防静电复合台垫。上层为绿色，电阻率较大。下层为黑色，电阻率较小。 3 防静电软塑料包装袋 包装和贮存静电感敏元器件和印制板的塑料包装袋，因具有高绝缘性，在与器件的塑料、陶瓷封装或印制板基板相互磨擦时会产生很强的静电而造成ESD损害。为此，必须采用防静电的包装袋。公司常用的包装如下：MOS管的包装袋、仓库零料粉红色的包装袋等。 4 防静电硬塑料容器 在电子产品的生产作业中，各工位、工序之间用于传递和暂时性贮放静电敏感元器件和印制板的各种容器，如元件盒、含多个元件盒的元件架、周转箱、周转架等，一般都是硬塑料制品，在使用中因接触一分离或磨擦会带上很强的静电，一般可达1KV5KV或更高。为此，必须对普通塑料制品进行防静电处理或用防静电塑料容器代替普通制品。如A4线所使用的黑色防静电周转箱，分析修理使用的防静电料盒等。 5 防静电包装盒、条、管 它的材料为防静电塑料膜或硬型制