什么是静电,静电是如何产生的?
静电是指物体表面积累的电荷。 静电荷通常通过以下三种方式产生:
- 摩擦力
- 两个物体接触后发生爆炸
- 静电感应
工作站中的几乎所有物体都会产生静电,例如
- 移动物品:手推车和椅子
- 材料:胶带、周转箱和其他用于材料处理的物品
- 服装:手套、洁净室用布、鞋和普通服装
- 工作站组件**:工作台表面、CRT 计算机显示器、手工工具、纸张、笔记本、文件夹和笔
- 基础设施墙壁、地板和酒精瓶
- 包装:普通塑料、纸和纸板。
什么是 ESD?
ESD 是静电放电(Electrostatic Discharge)的缩写,是指两个带电物体之间因接触、短路或介质击穿而突然产生的电流。当这种静电电荷转移过程足够强烈时,可能会损坏元件和产品。
静电放电如何损坏元件?
当大量静电荷在电位变化的物体(无论是人还是机器)和产品之间快速移动时,会在短时间内产生大电流,超过产品的容许电流水平。这会导致严重后果,如电路损坏,使产品无法使用。在不太严重的情况下,它可能导致电路过热和损坏,最终影响产品的使用寿命和可靠性。
静电放电(ESD)是我们周围普遍存在的现象,人体只能感知超过 3000 伏特的静电放电。令人惊讶的是,只有 100 至 500 伏特范围内的静电放电有可能对电子元件造成损坏。使问题更加严重的是,只有 10% 的直接元件故障可在工厂环境中检测到,而大量 90% 可能导致元件损坏的潜在缺陷在制造过程中仍难以发现。这种不平衡凸显了在静电放电情况下确保电子元件质量和可靠性所面临的严峻挑战。
影响静电产生的因素
静电的产生受多种因素的影响,了解这些因素对于有效管理 ESD 至关重要。
- 材料导电性:材料的导电性直接影响静电的产生。导电材料和抗静电物质产生的静电极少,而绝缘材料则会产生大量静电。
- 相对湿度:环境相对湿度对静电产生有很大影响。相对湿度越高,表明环境越潮湿,静电产生越少,ESD 问题也就越少。相反,相对湿度越低,静电产生越多,ESD 问题越严重。
环境相对湿度 | 10-20% RH | 40-50% RH | 70-90% RH |
走在地毯上 | 35000V | 8000V | 1500V |
在静电消散地板上行走 无腕带普通鞋 | 10000V | 4000V | 200V |
走过一个有 防静电鞋和腕带 | 50V | 10V | 0V |
摩擦绝缘材料 | 4000V | 1500V | 300V |
- 运动的影响: 与静止不动相比,在地板上行走产生的静电更多,这说明了运动对静电累积的重要性。
- ESD 控制措施:使用防静电地板、防静电鞋和腕带、 ESD 组合测试仪 , 防静电旋转门 和其他防护设备,能非常有效地减少人体产生的静电。
要了解静电放电是如何产生的,以及它们是如何损坏元件和产品的,我们必须了解最重要的部分--静电放电。如何管理和预防 ESD ?
不同材料的静电特性
静电的大小因材料而异。所有物体都能产生静电,静电诱发的现象会因物体不同而有很大差异,这与相应材料的导电性有关。
导体和绝缘体
金属等容易导电的材料被称为 "导体"。相反,不易导电的材料则被称为 "绝缘体"。导体的典型例子是铁和铜,绝缘体的典型例子是塑料和橡胶。
当两个物体接触时,无论它们是导体还是绝缘体,都会产生静电。不过,导体和绝缘体之间产生静电的性质是不同的。
导电物体上的静电消散
当导电物体带电时,除非采取某种措施,否则它将继续保持带电状态。能够立即将物体恢复到中性、不带电状态的措施就是 "接地"。
接地是指将带电的导电物体与大地(地线)相连。大地是一个巨大、稳定的导电体,可以充当电荷库。通过将物体与大地连接,就形成了一条导电路径,使物体的电荷得以消散。
A: 带负电的导体
B: 接地后电流会流动
C: 静电消散
对于带正电的物体,接地可以将地球的负电荷提供给该物体。对于带负电的物体,接地则为负电荷流入大地提供了通道。通过接地过程,物体能够过渡到稳定的非带电状态。
绝缘材料上的静电消散
A:带负电的绝缘体
B:即使接地也不会有电流流过
C: 静电不会消散
对于绝缘体来说,静电的消散与导体不同。由于绝缘体是不良导体,即使将其接地,积累的静电也不会轻易流走。