物质都是由分子组成,分子是由原子组成,原子中有带负电的电子和带正电荷的质子组成。在正常状况下,一个原子的质子数与电子数量相同,正负平衡,所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围,一经外力即脱离轨道,离开原来的原子儿而侵入其他的原子B,A原子因缺少电子数而带有正电现象,称为阳离子、B原子因增加电子数而呈带负电现象,称为阴离子。(如图所示) 造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道,这个外力包含各种能量(如动能、位能、热能、化学能……等)在日常生活中,任何两个不同材质的物体接触后再分离,即可产生静电。
当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电,而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和,电荷就会积累使物体带上静电。所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电,在日常生活中**服产生的静电也是“接触分离”起电。
固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电。为什么气体也会产生静电呢?因为气体也是由分子、原子组成,当空气流动时分子、原子也会发生“接触分离”而起电。所以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。
我们都知道摩擦起电而很少听说接触起电。实质上摩擦起电是一种接触又分离的造成正负电荷不平衡的过程。摩擦是一个不断接触与分离的过程。因此摩擦起电实质上是接触分离起电。在日常生活,各类物体都可能由于移动或摩擦而产生静电。工作桌面、地板、椅子、衣服、纸张、卷宗、包装材料、流动空气。
另一种常见的起电是感应起电。当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电。
其它起电方式有:热电和压电起电、亥姆霍兹层、喷射起电等。
人们对电现象的初步认识很早就有记载,早在公元前585年,古希腊哲学家塞利斯,已经发现了摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体.我国在东汉时期的王充在《论衡》一书中提到"顿牟掇芥"等问题,所谓顿牟就是琥珀,掇芥意即吸引籽菜,就是说摩擦琥珀能吸引轻小物体。西汉末年,有关于"玳瑁吸(细小物体之意)的记载,以及"元始中(公元三年)……矛端生火",即金属制的矛的**放电的记载。晋朝(公元三世纪)还有关于摩擦起电引起放电现象的记载:"今人梳头,解著衣,有随梳解结,有光者,亦有声。
在对电现象的早期研究中,*早进行系统研究的首推英国医生威廉.吉尔伯特,他在文章中说:"随便用一种金属制成一个指示器……在这个指示器的另一端,移近一个轻轻摩擦过的琥珀或者是光滑的磨擦过的宝石这指示器就会立即转动",他通过大量的实验驳斥了许多关于电的迷信说法,并且发现不仅摩擦过的琥珀有吸引轻小物体的性质,而且其它物质象金刚石、水晶、硫磺、硬树脂、明矾等也有这种性质,他把这种性质称为电性。1660年,马德堡的盖利克发明了**台摩擦起电机,他用硫磺制成形如地球仪的可转动物体,用干燥的手掌擦着干燥的球体使之停止可获得电,盖利克的摩擦起电机经过不断改进,在静电实验中起着非常重要的作用。
18世纪中叶,电学实验逐渐普及,在法国和荷兰有不少人公开表演认为娱乐。1731年,英国牧师格雷从实验中发现,由摩擦产生的电在玻璃和丝绸这类物体上可以保持下来而不流动,而有的物体如金属,它们不能由摩擦而产生电,但却可以用金属丝把房里摩擦产生的电引出来绕花园一周,在末端仍具有对轻小物体的吸引作用,他**次分清了导体和绝缘体,并认为电是一种流体。电既是一种流体,而流体比如水是可以用容器来蓄存的,1745年,德国牧师克茉斯脱,试用一根钉子把电引到瓶子里去,当他一手握瓶,一手摸钉子时,受到了明显的电击。1746年,荷兰莱顿城莱顿大学的教授彼得.冯.慕欣布罗克无意中发现了同样的现象,用他自己的话说:"手臂和身体产生了一种无形的恐怖感觉,总之,我认为自己的命没了",。就这样穆欣布罗克公布了自己意外的发现:把带电的物体放进玻璃瓶里,就可以把电保存起来。
穆欣布罗克的发现,使电学史上**个保存电荷的容器诞生了。它是一个玻璃瓶,瓶里瓶外分别贴有锡箔,瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接,棒的上端是一个金属球,由于它是在莱顿城发明的。所以叫做莱顿瓶,这就是*初的电容器莱顿瓶很快在欧洲引起了强烈的反响,电学家们不仅利用它们作了大量的实验,而且做了大量的示范表演,有人用它来点燃酒精和火药。其中*壮观的是法国人诺莱特在巴黎一座大教堂前所作的表演,诺莱特邀请了路易十五的皇室成员临场观看莱顿瓶的表演,他��七百名修道士手拉手排成一行,队伍全长达900英尺(约275米)。然后,诺莱特让排头的修道士用手握住莱顿瓶,让排尾的握瓶的引线,一瞬间,七百名修道士,因受电击几乎同时跳起来,在场的人无不为之口瞪目呆,诺莱特以令人信服的证据向人们展示了电的巨大威力。
莱顿瓶的发明使物理学**次有办法得到很多电荷,并对其性质进行研究。1746年,英国伦敦一名叫柯林森的物理学家,通过邮寄向美国费城的本杰明.富兰克林赠送了一只莱顿瓶,并在信中向他介绍了使用方法,这直导致了1752年富兰克林有名的费城实验。他用风筝将"天电"引了下来,把天电收集到莱顿瓶中,从而弄明白了"天电"和"地电"原来是一回事。
十八世纪后期,贝内特发明验电器,这种仪器一直沿用到现在,它可以近似地测量一个物体上所带的电量。另外,1785年,库仑发明扭秤,用它来测量静电力,推导出库仑定律,并将这一 定律推广到磁力测量上 。 科学家使用了验电器 和扭秤后 ,使静电现象的研究工作从定性走上了定量的道路。
静电的危害
电子器件所能承受静电破坏的静电电压
器件类型 静电破坏电压(V) 器件类型 静电破坏电压(V)
VMoS 30~1800 OP-AMP 190~2500
M0SFET 100~200 JEFT 140~1000
GaAsFET 100~300 SCL 680~1000
PROM 100 STTL 300~2500
CMoS 250~2000 DTL 380~7000
HMOS 50~500 肖特基二极管 300~3000
E/DMOS 200~1000 双极型晶体管 380~7000
ECL 300~2500 石英压电晶体 <10000
静电对电子产品损害有哪些形式?
静电的基本物理特性为:吸引或排斥,与大地有电位差,会产生放电电流。这三种特性能对电子元件的三种影响:
1.静电吸附灰尘,降低元件绝缘电阻(缩短寿命)。
2.静电放电破坏,使元件受损不能工作(完全破坏)。
3.静电放电电场或电流产生的热,使元件受伤(潜在损伤)。
4.静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏/米)频谱极宽(从几十兆到几千兆),对电子产器造成干扰甚至损坏(电磁干扰)
如果元件全部破坏,必能在生产及品管中被察觉而排除,影响较小,如果元件轻微受损,在正常测试下不易发现,在这种情形下,常会因经过多层之加工,甚至已在使用时,才发现破坏,不但检查不易,而且其损失亦难以预测。要耗费多少人力及财力才能清查出所有问题,而且如果在使用时才察觉故障,其损失将可能巨大。
静电对电子产品损害有哪些特点?
1. 隐蔽性
人体不能直接感知静电除非发生静电放电,但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉,这是因为人体感知的静电放电电压为2-3 KV,所以静电具有隐蔽性。
2. 潜在性
当潜在失败发生时,静电放电使元气件对于某点上削弱或受伤,在测试中,它将仍然可以通过。但是,长时间受伤的元气件会引起**的表现,*终导致系统失败。因为潜在失败发生是在*后的检查或是在公司的控制范围内,这个修理成本是非常高的,不仅这种类型损伤很难发现,它将几次影响贵司产品的声誉,当混乱失败模式发生时,一个静电释放引起一个电流漂移,它不是引起整个意义上的失败。但是,在使用时可能断断续续地导致门限泄漏,以致引起软件损失或储存不正确信息。混乱或潜在失败模式可能通过贵司质量控制的测试项目,因为它不可能通过正常测试程序被察觉到、感觉到或看到。就好象你将不会在一个被污染的手术室里进行外科手术那样,在没有充足的防静电保护措施下,你应该永不接触、组装或修理电子装配。
3. 随机性
电子元件甚么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说,从一个元件产生以后,一直到它损坏以前,所有的过程都受到静电的威胁,而这些静电的产生也具有随机动性性。其损坏也具有随机动性性。
4.复杂性
静电放电损伤的失效分析工作,因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱,要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使如此,有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别,使人误把静电损伤失效当作其他失效。这在对静电放电损害未充分认识之前,常常归因于早期失效或情况不明的失效,从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以静电对电子器件损伤的分析具有复杂性
导电值: 100 101102 103 104
防静电值: 105 106 107 108 109
绝缘值: 1010 10 111012 1013 1014 1015 1016 101710181019 1020
防静电控制方法可以分为下列四种:
1, 接地 2, 隔离 3, 中和 4, 预防
1) 接地
接地对于减少在导体上产生的静电荷是非常重要的,人体是导体,并且是主要静电产**源地。因此,我们必须减少在接触敏感防静电元件或组件的人身上产生的静电荷。预防在人体上产生静电*好是通过人体接地。
几种个人接地装置
在工业中,手腕带是*常用的接地装置。手腕带将**且有效地排走你身体上的静电荷,合理地发挥一个手腕带的作用需要合理地接触皮肤。一个脏的或松的手腕带可能保留着漏走的静电荷,使防静电控制失效。导电的鞋类或脚接地可以被使用或补充手腕带不足。工作站接地装置导电或静电耗散工作表面是一个静电**工作站必不可少的一部份,特别是那些用手组装发生的地方,当使用手腕带,对于干净工作表面并且合适地接到一个公共点上接地是必要的,导电或静电耗散材料能够产生静电荷,但是当合适地把他们接地后,他们可以有效地漏走静电荷。
2) 隔离
下一个概念是在储存或运输过程中隔离元气件和组件。从带电物体或带电静电场中隔离出来。在储存或运输过程中,绝缘体是*好的方式来阻止静电释放损伤发生。既然接地不能排走静电荷或绝缘体,它是有必要从他们中隔离敏感元气件和组件。在静止工作、出货、搬运区域减少常规塑胶和其它类型的绝缘体是*好方法从绝缘体中隔离产品。隔离也可通过限止进入整个工作区域或工作站来完成。
*后,我们利用这个事实,静电荷不能进入由导体材料或导体层做成的容器。这个效应被称作法拉第杯效应。在储存和运输电子元气件或装载线路板时,确保有近似法拉第杯特性的容器被使用,这些容器将会从静电释放击伤当中隔离出来。
法拉第杯
这种类型法拉第杯通常用在控制静电释放,它是金属袋、导电袋、有盖的周转盒,这些法拉第杯可以携带这些在表面上的静电荷并且在打开之前将它移走。
3)中和
由于接地和隔离将不能从绝缘体诸如人工合成的布或常规塑胶当中释放电荷,所以中和就显得重要了。从绝缘体中中和或移走在制程工作中自然产生的电荷,称之为电离。离子是存在于空气中简单带电物质,离子是由于自然能源物质产生的,它包括太阳光、照明、露天为焰和辐射。
我们可以通过离子发生器人造成万上亿的离子,离子发生器使用高电压产生一个平衡的混合带电离子,并且用风扇帮助离子漂移到物体上或区域里中和。离子化可以在八秒钟内中和在绝缘体上的静电荷,因此可以减少他们潜在的引起的伤害。通过离子化中合不是接地或隔离的替代品,离子化仅减少静电释放事故发生的可能性或风险。
4)预防
预防是你另外一个重要措施或重要装置。这是在静电释放控制中*关键的因素。其它人或你在与电子元气件接触的工作中必须意识到静电释放的危险,理解它们,适应它们将比任何静电释放控制材料都值得注意*重要的事情。