[电路]静电产生原理及其防护

科技信息 2008年 第21期SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION 科 1.引言 我国对静电的研究已有50多年历史,取得了许多成果,有一大批 各层次的科技人员,尽管如此,我国近年依然发生重大的因静电造成 人员死亡的事故,静电放电使火箭弹产生意外爆炸,使石化工业中的 汽油着火爆炸,使电子工业中的电子元器件损坏。在电子行业的实际 生产环境中,很多因素都可以产生静电,控制静电放电要从控制静电 的产生和控制静电的消除两方面入手。控制静电的产生主要是控制工 艺过程和工艺过程中材料的选择;控制静电的消除主要是加速静电的 泄露和中和。这两点共同作用才能使静电电压不超过安全阈值,以达 到静电防护的目的。 2.静电起电的概念及其方式 静电起电包括使正、负电荷发生分离的一切过程,如通过固体与 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;也包括气体的离子化、喷射 带电以及在粉尘、雪花和暴风雨中的带电现象。 在日常生活中,各类物体都可能由于移动或摩擦而产生静电。静 电起电方式除了以上讲述的接触—分离起电以外,还有多种其它起电 方式: (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; (2)破裂起电:物体破裂时出现正、负电荷分布不均匀而产生; (3)电解起电:在一定条件下,和固体相接触的液体移走时,固体 留下一定量的某种电荷而产生; (4)压电起电:给离子型晶体加压时,会在它们表面产生极化电 荷; (5)热电起电:对显示压电效应的某些晶体加热,两端分别带正、 负电; (6)介质的感应起电: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,整个物体就会有过剩电荷而带电。 3.静电放电的概念及其类型 在我们的周围环境甚至我们的身上都会带有不同程度的静电,当 静电积累到一定程度时就会发生放电。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。静电放电可形成高电位、强电场、瞬时大电流, 会产生强烈的电磁辐射,形成电磁脉冲,其放电类型有以下几种: (1)电晕放电:在极不均匀的电场中,空气被局部电离的一种放电 形式; (2)火花放电:当静电电位比较高的静电导体靠近接地导体时引 发的静电火花放电; (3)刷形放电:发生在导体与带电绝缘体之间的一种放电形式; (4)大型料仓内的粉堆放电:当把绝缘性很高的粉体颗粒,由气流 输送经过管道和滑槽进入大型料仓时,在沉积的粉堆表面可能发生强 烈的放电。 (5)雷状放电:在火山爆发尘埃中的一种大范围的空间放电形式。 (6)电场辐射放电:依赖于高电场强度下气体的电离,当带电体附 近的电场强度达到3MV/m时,这种放电就可能发生。 静电放电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。 4.电子工业静电及其防护 静电是时时刻刻到处存在的,随着集成电路的密度越来越大,静 电也越来越普遍存在,已成为电子工业的隐形杀手,是电子工业普遍 存在的“硬病毒”。静电对电子产品损害有其隐蔽性、潜在性、随机性、 复杂性。 电子工业中,静电防护的根本目标,就是在电子元器件、组件和设 备的制造过程中,通过一定的途径,防止静电的力学效应和放电效应 的产生,及由此而可能产生的障碍,或把障碍限制到最小程度,确保产 品的设计性能和使用性能不因静电作用而受到损害。电子产品静电防 护常用方法有以下几种: (1)系统或设备的静电防护:保持产生静电的设备设置良好接地, 以保证所产生的静电能迅速导入地下。 (2)合理的布局布线设计:通过 PCB分层设计、恰当布局布线和 安装等防范方法,可以实现PCB的抗静电放电设计。 (3)保护电路:保护电路的基本原理是,使用电压箝位电路阻止高 压进入栅极,同时提供大电流分流通道。 (4)静电接地:静电接地技术是静电泄露工艺中的主要环节,系统 接地的质量将直接影响电荷的释放能力。 (5)防静电制品的应用:人体防静电系统主要由防静电腕带、防静 电工作服、鞋袜等组成,必要时还需要辅以防静电工作帽、手套、脚套 等物品。 在实际生产过程中,环境温湿度对静电的影响非常明显,其中湿 度影响更大。从静电防护角度出发,环境温度越低,湿度越大,对静电 的防护就越有利。随着湿度的增加,非导体材料的表面电导率增加,使 物体积蓄的静电荷可以更快地泄漏。因此对有静电危险的场所,在工 艺条件许可时,可以安装空调加湿、喷雾器等以提高空气的相对湿度, 消除静电。一般情况,用增湿法消除静电的效果是很明显的。在具体的 生产中,环境千差万别,产生静电的情况也各有不同,需要具体对待。 5.人体静电及其防护 在电子工业生产中,引起元器件损坏和对电子设备的正常运行产 生干扰的一个主要原因是人体静电放电。人体静电放电既可能造成人 体遭电击而降低工作效率,又可能引发二次事故(即器件损坏),因此 人体静电应引起足够重视。人体静电起电的原因是人体在日常工作 中,把人体所消耗的机械能在活动中转换为电能。 人体静电的起电方式有起步电流、摩擦带电及其它带电。那如何 控制人体静电?人体是最普遍存在的静电危害源,对于静电来说,人体 是导体,所以可以对人体采取接地的措施: (1)让静电从脚导到大地,使用防静电地面,防静电鞋、防静电袜, 通过防静电性地面、地垫、地毯,工作人员穿上防静电鞋袜,形成组合 接地。 (2)让静电从手导到大地,佩戴防静电腕带并接地,通过手用以泄放 人体的静电,它由防静电松紧带、活动按扣、弹簧软线,保护电阻及插头 或夹头组成,松紧带的内层及防静电纱线编织,外层用普通纱线编织。 以上两项措施都是实用而有效的,应视不同的场合选择使用。 目前,冬季的静电问题及其危害已日益引起人们的重视,人们开 始考虑如何更好地消除或防止静电,杜绝安全隐患。对于一些加油站、 石油公司等特殊的行业来说,为保障安全,员工上班时必须穿防静电 纯棉制服,不得穿跟带铁钉的鞋;装置设备要接有地线;加油前,加油 枪应先搭在汽车上,把静电导走后再加油。至于日常生活中,人们拉门 前可以先用指甲触碰门把手,把电放掉后再拉门。为防止化纤衣物产 生静电,人们在洗衣时可加入抗静电剂。 6.结论 目前,冬季的静电问题及其危害已日益引起人们的重视,人们开 始考虑如何更好地消除或防止静电,杜绝安全隐患。清华大学化学系 分析中心还研制出可随时直接喷洒在化纤衣服和梳子等物体上的消 静电剂,效果可持续一两个星期,能够避免居民出行受到静电危害。静 电时时刻刻到处存在,我们要利用现有的静电防护知识、防护设备去 消除它,尽可能地避免它对我们人体及电器设备造成的伤害。 [责任编辑:田瑞鑫] 静电产生原理及其防护 杨润秀 (广东省国防工业职工大学计算机与电子 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系 广东 广州 510420) 【摘 要】静电在电子工业中损坏电子元器件,静电力在石化、印刷工业中严重影响产品质量,我国近年也发生过重大的因静电造成人员死 亡的事故,可见,许多静电问题还没有解决,静电仍然是困扰人类的“幽灵”。本文主要介绍静电起放电的原理和方式,提出了一些关于电子工 业、人体静电防护技术基础与相应措施。 【关键词】静电;电子工业;人体静电;防护 ○科教前沿○ 28