什么是静电

静电（Electrostatic）：就是物体表面过剩和不足的静止电荷，静电是一种电能，它留存与物体表面；静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；静电是通过电子和离子的转移而形成的。

静电放电（ESD  Electrostatic  Disge）：带有不同静电电势的物体或表面之间的静电电荷转移。有两种形式：接触放电；电场击穿放电。

关于静电放电名词

1)  静电敏感度(ESDS  Electrostatic  Disge  Sensitivity)

2)  静电敏感器件(ESSD  Electrostatic  Sensitive  Devices)

3)  EPA:ESD  Protect  Area(ESD防护区域)

4)  ECA:ESD  Control  Area(ESD控制区域)

 

静电存在方式

       静电依附于物体（气、液、固体）而存在。如果物体带有过剩的电荷则成为带电体。物体间的电荷转移过程就是起电过程

 常见静电产生源

静电产生的方式很多，接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差 等都可以产生静电。但基本过程可归纳为：接触电荷转移偶电层的形成电荷分

静电带电序列

静电危害

静电及静电放电的危害主要有：

1、静电吸附

产品带有静电时会吸引空气中的尘埃，使得尘埃吸附在产品表面，从而造成异物不良；

对于洁净度要求比较高的产品，静电要求尤为严格

2、静电放电

静电放电（ESD）可能使得芯片介质一次性击穿，从而使产品功能失效

而等级较低的连续性放电会使得电子元器件性能劣化，参数指标下降，影响功能和寿命。

ESD两种破坏机制：a.ESD电流产生热量导致设备的热失效；b.ESD感应高电压导致绝缘击穿

3、静电感应

不能及时泄放的静电带电体或静电源，会在邻近的包装、容器、电子芯片等物体表面感应出比较高的静电电压，静电感应电位可高达数千伏以上，当带电物体周围出现合适的放电通道时，就会导致静电放电。

4、电磁干扰

静电放电会对电子电路造成干扰，影响电路正常运行，主要有2种方式：

•传导方式：静电会随着电路直接侵入设备，如手触摸电路板上线路、端子等

•辐射干扰：静电放电时伴随火花产生尖峰电流，当距离较近时，无论是电场还是磁场都比较强，形成电磁干扰，造成电子仪器、设备等功能紊乱或出现误动作 

常见的静电消除手段

根据静电产生的原理和途径不同，电子生产场所通常采用以下方法来进行静电的控制：

1、接地

2、静电屏蔽

3、静电中和

4、增加湿度

5、降低材料表面电导率

静电消除手段1--接地

·对于导体和静电材料来讲，接地是最直接有效的方式。

·为了保证建筑的安全，通常设置公共接地端。

·在有静电要求的生产车间和EPA(防静电工作区)内，大型的设备、仪器、工作台、固定使用的工具都需要接地

 ·局限性：对于绝缘体表面的静电毫无作用

·注意事项：要有一定的接地电阻才能保证静电的安全泄露

 

静电消除手段2--静电屏蔽

·用接地的屏蔽罩把带电体与周围物体隔离，使带电体的电场不再影响周围其他物体（内屏蔽）；

·用屏蔽罩把被隔离物体包围，使之免受外界电场的影响（外屏蔽）；

·仅适用于易包装的电子元器件和可以屏蔽对外界有电磁干扰的设备及仪器。

静电消除手段3---静电中和

·       利用静电消除器静电放电产生的正负离子流运动到带电体表面，通过中和的方法达到消除静电的目的

·       是绝缘体静电消除和工作场所保护的最佳方案

·       非接触式的，不会给产品带来直接的污染

·       可设计多种消除静电的仪器外观形状

·       一旦找到合适的消除静电器，则可以持续稳定的达到消除静电效果

静电消除手段4--增加湿度

      空间湿度控制在65%RH以上时，可以有效的防治静电的产生和积聚，但是在绝大多数的产品生产场所湿度不能达到那么高，因为高湿度会在产 品上凝露，对产品污染，并且高湿度的环境不适合工作人员的工作。 

静电消除手段5--降低材料电导率

·   用防静电喷剂处理易产生静电的工作表面，使其不易积聚静电

·   缺点是可能产生污染，防静电性能不稳定，摩擦和清洗后防静电性能会消失

·   如要求不高的防静电工作服表面、周转箱表面、大型设备的表面和房间的板壁等

静电  对人体的危害

静电作为一种近场自然危害源，给人类社会已经造成了重大损失和危害。静电对人体是有一定程度的危害。其中以下三种是日常生活里最为常见。

01

对皮肤

    长期处于开着的电视、电脑和微波炉等环境下，就常常可能有毛孔变大，皮肤干燥、红斑、皮肤瘙痒等症状。而天天操作电脑的办公室白领脸部红斑、色素沉着等面部疾病的发病概率远远高于不用电脑者，这是由于电脑 屏幕所产生的静电吸引了大量悬浮的灰尘，使面部受到刺激引起的。对于皮肤敏感的人更是如此。

02

对心脏

     在临床上，当某些人病危时，可能使用一种电击的方式挽救病人生命， 因为对心脏电击能除颤。可见一定量的电流能起到救人的作用，但是正常 的人并不需要电流。若是人体所带的静电在数千伏甚至万伏，有可能引起心率异常和心脏早搏。冬季有 1/3 的心血管疾病与静电有关，查不出病因 的心脏病人、神经衰弱的人十之八九是因为长期受静电干扰所至。

03

对大脑

     医学专家解释：干燥产生的静电对大脑的确会有影响，它会引起神经 细胞膜电流传导异常，影响人的中枢神经，使人感到疲劳、失眠、头痛。

静电对人的冲击程度

由于静电具有隐蔽性，静电产生放电电击人体时，人体感知的静电放电电压为 2~3kv。不同的静电放电电压所产生的效果也是有所不同。

5万V静电没有不适的感觉 图 3.1；

8万V高压静电时依然面带微笑；图 3.2；

10万V 也没有生命危险，图 3.3；

不同的静电电压对人体产生的电击效果也不一样。

小贴士：日常生活中的一些静电防护知识

人体产生的静电的一般最大能达到多少？

据专业机构测算：屁股在椅子上一蹭会产生1.8KV以上的高压；当看到放电火花时，身上的静电电压已经超出3KV；当听到放电的“啪啪”声音时，身上的静电电压已经高达7～8KV；

注：一般电压1kv时，人完全没有感觉；3kv稍微感觉疼痛；5kv处于麻痹感觉中；10kv疼痛并感觉有电流流过。

人体经常处于静电环境会有什么不良影响？

日常生活中列电虽然不会对人体造成触电的危害，但是静电仍然会令人身体不适，如引起点击疼痛；并且长期处于静电场较强的环境，还会引起头疼、失眠、烦躁不安和心律失常等症状；

天气冷时人身体上会有很多静电，如何处理？

天气寒冷空气干燥，穿着化纤类服装都是人体易产生静电的原因，对策：

1、少穿化纤和动物毛皮类衣服，多穿棉制服装；2、增加空气湿度；3、涂抹保湿类型护肤品；

脱下晴纶衣服或毛织品放电现象有上千伏，为何不会有触电危险？

日常生活中静电现象特点是电位差较大，但是电流较低，因此不会有触电危险；

有时与人见面握手时，手指接触地方会感到指尖刺痛？

每个人身上都会带有不同电量的静电，相互接触时会因为电位差而瞬间放电，造成接触部位有刺痛感。

干洗后的衣服静电比较大，容易吸在身上，怎样消除？

在送洗时要求使用具有消除静电功能的干洗剂，也可以在家用湿毛巾轻轻擦拭服装表面。

静电会对电脑造成什么影响？如何解决？

静电干扰对电脑有影响，导致各种异常，如电脑死机或无法正常开机等，由于电脑内零件一般都会考虑静电防护，如果电脑电源接地可靠，静电一般不会影响电脑运行；一旦出现异常，可拔下电源或电池半小时，再接通一般就会恢复。

静电ESD对工业的危害

 

 

 

 

静电在工业中的危害

随着工业的高速发展以及高分子材料的迅速推广应用，一些电阻率很高的高分子材料如塑料，橡胶等制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化，使得静电能积蓄到很高的程度。另一方面，静电敏感材料的生产和使用，如轻质油品，火药，固态电子器件等，工矿企业部门受到静电的危害也越来越突出，静电危害造成了相当严重的后果和损失。据报道，日本曾统计，不合格的电子器件中有45％是静电放电危害造成。在电子工业领域，全球每年因静电造成的损失高达百亿。

现代工业生产中，物体间的机械分离、与带电的物体接触或孤立导体上的静电感应作用，从而存在着大量的静电现象。(洁净室www.iwuchen.com)

如：纺织、橡胶、印刷和造纸、石油、汽车运输、塑料、电子工业等。

 

 

 

 

纺织工业中

    在纺织工业中使用的自由端静电纺纱，具有工艺流程短、产量高、噪音低、用电省、飞花少、织物耐磨性强等优点，它利用静电场将单纤维顺直排列和凝聚，用加捻机加捻成纱。由于电晕放电、摩擦、接触、极化、电离等方式，使纱织纤维带有静电位。例如棉花电位为-50V，人造丝电位为-100V，维尼纶电位为900V，尼龙电位为1.05kv。

橡胶工业中

    在橡胶工业中，合成橡胶从苯槽中出来时，表面电荷密度达7×10-6C/m2，静电位可达250 kv。橡胶压延机压出时，产品静电位高达-80 kv。涂胶机的静电位为-30 kv。

印刷和造纸工业中

    在印刷和造纸工业中，纸离开辊筒时静电位可达10~20 kv，经过加光机达50 kv。印刷时，纸张静电位可达1.0 kv，在照像凹板印刷的场合，纸张带电密度为10-8~10-10C/ m2。

石油工业中

    在石油工业中，汽油在金属管道中流动时带负电荷，而管道带正电荷，汽油流经棉制品材料时电位为2.6 kv。槽车装油时，油面电位高在10 kv以上。在石油精炼过程中，油品经反复加压、加热、喷射、冷却和压送等工序，将使油料带有大量电荷。油罐车在马路上行驶时轮胎摩擦起电，油料本身由于摇晃也起电，油品经过地阀门、泵、过滤器和其他截面改变之处剧烈起电，特别在过滤时起电电位很高。

汽车运输工业中

    在汽车运输工业中，轮胎的电阻率为108~1011Ω.cm，在一般车速下可充电15~50 kv，甚至达100 kv。传递皮带上带电30~40 kv，最高达80 kv。

塑料工业中

    在塑料工业中，塑料制品表面电阻率为1016~1020Ω.cm，表面经摩擦其电位可达1kv以上。赛璐璐相互摩擦时带电电位高达40kv。    

电子工业中

     在电子工业中，由于产品的小型化。对静电愈加敏感。器件加工中，摩擦起电、人体带电、感应起电都是静电产生的重要方式。例如，操作者的人体与大地绝缘时，静电位可高达1.5~35 kv.如此高的静电位一旦放电,足以使静电敏感电子元器件、组件和设备毁坏、受损、硬击穿或软击穿，形成永久性或暂时性失效，或突然失效和潜在失效，还可能因静电放电产生宽带杂波干扰信号，导致电子设备误动作或其他故障，下表为电子器件所能承受的静电电压。

静电对产品的损伤

（一）静电损伤的两种失效形式

    1)硬损伤：又称“突发性完全失效”“一次性损坏”约占10%。表现为器件电参数突然劣化，失去原有功能。主要原因是静电放电造成过压使得介质被击穿，或过流使得内部电路金属导线熔断、硅片局部融化等。硬损伤可通过常规的性能测试手段及时发现，相对软失效而言危害要小得多。

    2)软损伤：又称“潜在性缓慢失效”“多次损伤累积后失效”约占90%。受到软损伤的器件，虽然当时各类电参数仍合格，然而其使用寿命却大大缩短了。含有这些器件的产品或系统，可靠性变差，可能会在后续过程中（直至最终用户）继续遭受ESD软损伤或其它过应力损伤积累而过早地失效。由于软损伤是潜在的，运用目前的技术还很难证明或检测出来，特别是器件被装入整机产品之后，因此具有更大的危害性。

 （二）静电对电子元器件的危害

    静电的基本物理特征：吸引与排斥的力量；与大地间有电位差；产生放电电流由于这些特征，静电放电对半导体器件可能产生以下破坏： 

     1)薄的氧化层被击穿；

     2)泄漏电流密度高，引起导体烧熔；

     3)引起过早失效的漏电流增加，击穿电压变化对器件的功能性破坏。尽管静电敏感器件的内部已进行了保护处理，但这仅仅是当电荷传递局限于一定尺寸和持续一定的时间内进行才有效。据有关检测报告证明，静电放电的损害往往只有1O％ 造成电子元器件当时完全失效，通常表现为短路、开路以及参数的严重变化，超出其额定范围，器件完全丧失了其特定的功能；另外的90％会潜伏下来，造成积累效应。一般情况下，一次ESD还不足以引起器件立即完全失效，但元件内部会存在某种程度的轻微损伤，通常表现为参数有小的偏差或漂移。潜在的失效并不明显，因而极易被人们忽视。若这种元器件继续工作，随着ESD次数的增加，积累效应就会越来越明显，其损伤程度会加剧，最终导致失效。

     随着大规模MOS电路及贴装器件(SMD)的应用和元器件工艺技术的发展，导致对静电放电(ESD)的能量敏感性增加，极易引起薄的绝缘层损坏而失效。各类半导体器件的静电破坏电压，如下表：  

 半导体器件的静电破坏电压

  从以上表中可以了解到集成电路对静电的敏感性，各种芯片不同之处就在于所能承受的静电压值不同。实际工作条件中，20 V的静电电压直接接触器件就足以毁坏或降低其性能。

静电对电子产品生产造成的危害

静电对电子产品生产造成的危害主要有以下几个方面。

1) 静电吸附空气中的灰尘，易造成器件引线间的短路；

2) 静电放电破坏，使元件受损不能工作；

3) 静电放电电场或电流产生的热使元件受损；

4) 静电放电的幅度很大，频谱极宽(从几十兆到几千兆，迭几百伏／米)的电磁场使电子产品受到电磁干扰而损坏。

5)静电放电损害的产品返工、返修，增加生产费用，影响企业的经济效益。

综上所述，静电危害存在于电子产品生产的全过程。如果对生产过程中易受静电损害的部位加以控制，就会使生产过程中的静电危害程度限制在最低程度。

ESD静电防护

静电防护对策

（一）ESD控制的基本原则

1) 做好ESD防护设计：器件选型、合理布线、设计保护电路等。

2) 消除和减少静电的产生：减少或消除静电产生的过程、维持过程和材料处于等电势等。

3) 使静电荷泻放与中和：使用静电导体、接地、电离器来泻放与中和静电，如下图

 4) 保护产品免遭ESD伤害：使用防静电材料包装和储运。如下图

（二）防静电区设计原则

  1) 抑制静电荷的积累和静电压的产生。如设备、仪器、工装不使用塑料、有机玻璃、普通塑料袋。

  2) 安全、迅速、有效地消除已产生的静电荷，使用有绳防静电腕带、防静电椅、防静电周转车、防静电周转箱。

  3) 保证静电压小于100V。

（三）防静电系统要素

  1) 地面：防静电地面（防静电水磨石，防静电地板）体电阻105～109Ω，敷设地线网。

  2) 接地：

       a 防静电工作区必须有安全可靠的防静电接地装置，地电阻小于4Ω。防静电地线不得与电源零线相接，不得与防雷地线共用，使用三相五线制供电时，其地线可以作防静电地线。

       b工作台面、地垫等

常用静电检测设备

静电造成的事故

    1）1969年底在不到一个月的时间里，由于静电放电（ESD）引发荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时相继发生爆炸；

    2）静电放电曾使国际通讯卫星及美国的阿尼克、欧洲航天局的航海通讯卫星等数十颗卫星发生故障，不能正常飞行；

    3）第一个阿波罗载人宇宙飞船也是由于静电放电导致火灾、爆炸，使三名宇航员丧生。

    4）我国在上个世纪中后期，石化企业曾发生30多起较大的静电事故，如上海某石化公司的2000m3甲苯罐、山东齐鲁某公司的胶渣罐、抚顺某石化公司的航煤罐以及天津某公司的北仓二罐站等都因静电造成了严重的火灾爆炸事故

静电现象与我们的生活、生产密切相关。静电技术，已广泛应用于基础理论研究、信息工程、空间技术、计算机工程、大规模集成电路生产、环境保护、生物技术、选矿和物质分离、医疗卫生消毒、食品保鲜、石油化工、纺织印染、农业生产等各个领域。现正在形成一个新兴的“静电产业”。在此简单介绍几种静电技术的应用，以期抛砖引玉。

 

农业方面

静电喷药该技术应用高压静电使雾滴充电，带电的雾滴在静电场作用下，快速、均匀飞向并吸附在作物上，减少了雾滴漂移，提高了农药在作物茎叶正反面、隐蔽部位的沉积率，增加了药物与病虫害接触的机会，减少了药液损失，降低了对环境的污染。

静电育种大量实验研究数据表明，静电场具有生物效应，能够引起生物遗传因子的明显变化，是培育新品种的有效手段。

纺织、印染方面

静电纺纱静电纺纱是利用静电感应原理，使纤维带电，从而定向、凝聚、排列、伸直，并由加捻机加捻成纱的一种纺纱方法。

静电植绒静电植绒是利用电荷同性相斥异性相吸的物理特性，使绒毛带上负电荷，把需要植绒的物体放在零电位或接地条件下，绒毛受到异电位被植物体的吸引，呈垂直状加速飞升到需要植绒的物体表面上，由于被植物体涂有胶粘剂，绒毛就被垂直粘在被植物体上，因此静电植绒是利用电荷的自然特性产生的一种生产新工艺。

静电复印复印机利用了静电吸附原理，具有简便、迅速、清晰、可扩印和缩印，还可复印彩色原件等优点。复印机的核心部件是有机光导体鼓（OPC）。它是一个金属圆筒，表面涂覆有机光导体。没有光照时OPC是绝缘体，受到光照时变成导体。工作流程：

   1．照明和聚焦成像

复印前先通过机内电路使有机光导体鼓在暗处带电（甲）。复印时强光照在文件上，文件反射的光通过光学系统在鼓上成像，亮处的OPC层变成导体，所带的电荷流失，暗处的电荷保留下来。这时在鼓上出现一个电荷组成的“潜像”（乙），肉眼不能看见。

   2．静电显影

有机光导体鼓在转动，潜像经过墨粉盒时，已经带相反电荷的墨粉被吸附在鼓表面带电部位上，鼓表面的潜像变成了可见的像（丙）。

    3．转印和定影

有机光导体鼓继续转动，经过复印纸时把墨粉印在纸上，白纸变成了文件的副本。有机光导体鼓不停地转动，文件就一页一页的复印出来了。墨粉是掺了树脂胶的，复印件要加热，墨粉才能永久的粘在纸上（丁）。

工业方面

静电除尘气体除尘方法的一种。利用静电场使气体电离为正离子和电子，电子奔向正极过程中遇到尘粒，使尘粒带负电吸附到正极从而被收集。常用于以煤为燃料的工厂、电站，收集烟气中的煤灰和粉尘。冶金中用于收集锡、锌、铅、铝等的氧化物。

静电分选物料经给料系统均匀散布在接地转动电极光滑表面上，带电的物料与接地分选滚筒电极交换，两种不同静电性能不同的物料有差异。然后带电的物料进入分选区，在静电力、重力、离心力等的合力下落。完成两种不同电性物料的分离。应用在选矿等方面。

静电喷涂静电喷涂可用于工业的喷漆及敷粉。该技术使用某种方法使涂料粒子带上静电荷，并在被涂工件上加上相反的电压，涂料粒子由于库仑力的作用就被涂到工件上。这种方法可使涂料与工件表面结合得更牢固，而且工件表面凹陷部分也能均匀涂料。同传统技术相比可以节约原料，降低成本。

医疗卫生、食物保鲜方面

静电杀菌静电常温灭菌技术是我国科技工作者率先完成的一项新技术，其中包括电磁杀菌和臭氧杀两项技术。

    电磁杀菌技术是采用高压静电场和交变电场、静磁场和交变磁场对液体进行静电常温杀菌技术。它解决了传统灭菌方法难以克服的高温杀菌破坏水果汁、蔬菜汁、啤酒等饮料营养成分的难题，杀菌效率达到100％。

    静电臭氧杀菌技术主要是指静电臭氧发生技术。过去是采用点发电技术，臭氧发生量很少现在采用的是面放电技术，臭氧的发生量增加几十倍。因此，成率迅速降低。臭氧是一种强氧化物，可用于消毒灭菌。臭氧有净化空气、消除臭味之功效。国际上正在进行工业自来水臭氧杀菌技术的研究试验，用以取代化学杀菌方法。 

      小结：静电应用技术种类繁多，但从技术角度大体可划分为：净化技术、检测技术、生物技术、分离技术、触媒技术和其他延伸技术。