一、静电基本概念
1. 静电的定义
- 静电是物体表面过剩或不足的相对静止不动的电荷。它是一种电能,留存于物体表面,是正电荷与负电荷在局部范围内失去平衡的结果。例如日常生活中的闪电就是静电引起的自然现象。
2. 静电材料的划分
- 静电材料按电阻率划分有静电导体、静电耗散体、静电绝缘体,这与“动”电(流动的电流)情况下按电阻率划分的导体、半导体、绝缘体是完全不同的概念。
二、静电的主要特点
1. 与“动”电的区别
- 在材料电阻率划分方面就与“动”电不同。而且静电具有高电位、低电量、小电流以及作用时间短的特点。例如在一些电子设备的微小部件上,静电可能瞬间产生高电位,但电量和电流都很小,作用时间也很短暂。
2. 受环境影响
- 受环境条件,特别是湿度的影响比较大。湿度的变化会改变静电的产生和消散情况。在湿度较低的环境中,静电更容易产生和积累;而湿度较高时,静电产生的可能性相对降低。同时,静电测量时复现性差,瞬态现象多,这就使得对静电的测量和研究需要更加细致的环境控制和精确的测量手段。
三、静电与工业用电的区别
1. 起电方式
- 静电起电方式主要是由于电子的得与失使物体失去电平衡,基本过程可归纳为:接触→电荷转移→偶电层的形成→电荷分离。而工业用电的起电方式是基于发电设备的电磁感应等原理,两者完全不同。
2. 能量差异
- 静电和工业用电的能量相差很大。工业用电是为了满足大规模生产、设备运行等需求,能量较大;而静电能量相对较小,虽然静电能量小,但在某些对静电敏感的环境中,如电子芯片制造车间,即使很小的静电能量也可能造成严重破坏。
3. 表现形式
- 静电表现形式为电荷的产生和消失过程中产生的电现象的总和,例如可能出现静电吸附微小物体、静电放电产生火花等现象。工业用电则主要通过电线传输,以稳定的电压和电流形式为设备提供动力等。
4. 欧姆定律适用性
- 欧姆定律在静电和工业用电中的适用性不同。对于工业用电,在很多情况下欧姆定律可以较好地描述电流、电压和电阻之间的关系;而对于静电,由于其高电位、低电量、小电流以及作用时间短等特点,欧姆定律的适用性较差。
四、物体的起电方式
1. 摩擦起电
- 物体间的摩擦是常见的起电方式,摩擦产生的热可使电子转移,从而产生静电。而且物体间分离或摩擦的速度、摩擦力、环境温湿度及材料种类都会影响因分离或摩擦而产生的静电量。例如,在不同材质的物体相互摩擦时,根据它们在摩擦起电序列中的位置,会产生不同程度的静电。
2. 接触与分离起电
- 当物体间接触与分离时,也会产生静电。这种方式与摩擦起电有相似之处,都是通过改变物体表面的电荷分布来产生静电。
3. 电磁感应起电
- 将不带电的中性导体置于带电体附近,由于电场的作用,靠近带电体的一侧将聚积与带电体极性相反的电荷;当接地断开后,物体将带上静电。这种起电方式在一些电磁环境复杂的工业场景中可能会出现。
4. 摩擦与电磁感应综合效应起电
- 在实际情况中,摩擦和电磁感应可能同时作用,导致物体产生静电。这种综合效应使得静电产生的情况更加复杂,需要综合考虑多种因素来分析和控制静电的产生。
5. 其他起电方式
- 还包括人体带电,人体是一个特殊的导体,人体与各种物体间的接触、分离和人体自身的活动,如人在操作中的动作和肢体活动,所穿的衣物与周围环境的摩擦、感应等,都会使人体带上静电。例如,在湿度为55%、温度24℃的环境中,人在地毯上行走,人体上积聚的静电可达5000伏。此外,还有传导带电、离子吸附带电、断裂带电、压电带电、热电带电等方式。
五、静电衰减规律
1. 电荷的消散
- 静电荷通过中和与泄漏自行消失的现象称为电荷的消散或衰减。了解静电的衰减规律对于控制静电在安全范围内非常重要。例如在一些静电防护区域,通过控制环境湿度、使用静电耗散材料等方式来加速静电的衰减,防止静电对产品或设备造成损害。
六、静电对电子产品的危害
1. 静电能存储
- 静电荷在物体上的积聚,从能量的角度表现为静电能的存储。当静电能积累到一定程度,在电子产品中可能会造成静电放电(ESD)现象。
2. 对电子元件的损害
- 在电子制造等行业,静电可能会损害静电敏感器件(ESSD)。这些器件对静电非常敏感,即使很小的静电放电都可能导致其性能下降、损坏甚至失效。例如,在集成电路制造车间,如果没有有效的静电防护措施,静电可能会击穿芯片内部的微小电路结构,使芯片报废。
七、ESD防护的相关概念
1. ESD定义
- ESD就是静电泄放(Electronic Static Discharge)。
2. 静电敏感度与敏感器件
- 静电敏感度(ESDS—Electrostatic Discharge Sensitivity)是衡量器件对静电放电敏感程度的指标。静电敏感器件(ESSD—Electrostatic Sensitive Devices)在生产、运输、使用过程中都需要特别的静电防护措施。
3. 防护区域概念
- EPA(ESD Protect Area,ESD防护区域)和ECA(ESD Control Area,ESD控制区域)是为了保护静电敏感器件而设置的特定区域,在这些区域内需要采取严格的静电防护措施,如控制湿度、使用静电防护设备等。
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