靜電(ESD)是什么?
ESD(Electro-Static discharge)的意思是“靜電釋放”。ESD是20世紀(jì)中期以來形成的以研究靜電的產(chǎn)生、危害及靜電防護等的學(xué)科。因此,國際上習(xí)慣將用于靜電防護的器材統(tǒng)稱為ESD。
靜電的產(chǎn)生
靜電是一種客觀存在的自然現(xiàn)象,產(chǎn)生的方式多種,如接觸、摩擦、電器間感應(yīng)等。靜電的特點是長時間積聚、高電壓、低電量、小電流和作用時間短的特點。
人體自身的動作或與其他物體的接觸,分離,摩擦或感應(yīng)等因素,可以產(chǎn)生幾千伏甚至上萬伏的靜電。
靜電在多個領(lǐng)域造成嚴(yán)重危害。摩擦起電和人體靜電是電子工業(yè)中的兩大危害,常常造成電子電器產(chǎn)品運行不穩(wěn)定,甚至損壞。
生產(chǎn)過程中靜電防護的主要措施為靜電泄露、耗散、中和、增濕,屏蔽與接地。
人體靜電防護系統(tǒng)主要有防靜電手腕帶、腳腕帶、腳跟帶、工作服、鞋襪、帽、手套或指套等組成,具有靜電泄放,中和與屏蔽等功能。
靜電防護工作是一項長期的系統(tǒng)工程,任何環(huán)節(jié)的失誤或疏漏,都將導(dǎo)致靜電防護工作的失敗。
靜電的危害
靜電在我們的日常生活中可以說是無處不在,我們的身上和周圍就帶有很高的靜電電壓,幾千伏甚至幾萬伏。平時可能體會不到,人走過化纖的地毯靜電大約是35000伏,翻閱塑料說明書大約7000伏,對于一些敏感儀器來講,這個電壓可能會是致命的危害。
靜電學(xué)主要研究靜電應(yīng)用技術(shù),如靜電除塵、靜電復(fù)印、靜電生物效應(yīng)等。更主要的是靜電防護技術(shù),如電子工業(yè)、石油工業(yè)、兵器工業(yè)、紡織工業(yè)、橡膠工業(yè)以及宇航與軍事領(lǐng)域的靜電危害,尋求減少靜電造成的損失。
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用及電磁環(huán)境越來越復(fù)雜,靜電放電的電磁場效應(yīng)如電磁干擾(EMI)及電磁兼容性(EMC)問題,已經(jīng)成為一個迫切需要解決的問題。
一方面,一些電阻率很高的高分子材料如塑料,橡膠等的制品的廣泛應(yīng)用以及現(xiàn)代生產(chǎn)過程的高速化,1967年7月29日,美國Forrestal航空母艦上發(fā)生嚴(yán)重事故,一架A4飛機上的導(dǎo)彈突然點火,造成了7200萬美元的損失,并造成人員損傷134人,調(diào)查結(jié)果顯示導(dǎo)彈屏蔽接頭不合格,靜電引起了點火。1969年底,在不到一個月的時間內(nèi),荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時產(chǎn)生的靜電引起相繼發(fā)生爆炸。
行業(yè)的困擾
ESD(靜電放電)對電子產(chǎn)品造成的破壞和損傷有突發(fā)性損傷和潛在性損傷兩種。所謂突發(fā)性損傷,指的是器件被嚴(yán)重?fù)p壞,功能喪失。
這種損傷通常能夠在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測中能夠發(fā)現(xiàn),因此給工廠帶來的主要是返工維修的成本。而潛在性損傷指的是器件部分被損,功能尚未喪失,且在生產(chǎn)過程的檢測中不能發(fā)現(xiàn),但在使用當(dāng)中會使產(chǎn)品變得不穩(wěn)定,時好時壞,因而對產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)成更大的危害。
這兩種損傷中,潛在性失效占據(jù)了90%,突發(fā)性失效只占10%。也就是說90%的靜電損傷是沒辦法檢測到,只有到了用戶手里使用時才會發(fā)現(xiàn)。手機出現(xiàn)的經(jīng)常死機、自動關(guān)機、話音質(zhì)量差、雜音大、信號時好時差、按鍵出錯等問題有絕大多數(shù)與靜電損傷相關(guān)。也因為這一點,靜電放電被認(rèn)為是電子產(chǎn)品質(zhì)量最大的潛在殺手,靜電防護也成為電子產(chǎn)品質(zhì)量控制的一項重要內(nèi)容。而國內(nèi)外品牌手機使用時穩(wěn)定性的差異也基本上反映了他們在靜電防護及產(chǎn)品的防靜電設(shè)計上的差異。
靜電防護
為防止靜電積累所引起的人身電擊、火災(zāi)和爆炸、電子器件失效和損壞,以及對生產(chǎn)的不良影響而采取的防范措施。其防范原則主要是抑制靜電的產(chǎn)生,加速靜電的泄漏,進行靜電中和等。人穿非導(dǎo)電鞋時,由于行走等活動會產(chǎn)生、積蓄電荷,并可達(dá)到千伏級的電位。在毛毯上行走、脫衣等所產(chǎn)生最高電位可達(dá)2450伏。此時人觸及其他物體會產(chǎn)生火花放電并受到電擊。人體活動中防靜電措施主要有?穿導(dǎo)電性鞋;工作服和內(nèi)衣褲不使用化纖面料;穿混有導(dǎo)電性纖維或用防靜電劑處理的防靜電工作服;工作地面作導(dǎo)電化處理等。
兩個不同的物體相互接觸時,在其界面上產(chǎn)生電荷移動,正、負(fù)電荷相對排列形成雙電層。若將物體分離,會在兩個物體上各自產(chǎn)生極性不同的等量電荷。
防靜電原則
對產(chǎn)生靜電的主要因素(物體的特性、表面狀態(tài)、帶電歷史、接觸面積和壓力、分離速度等)盡量予以排除;使相互接觸的物體在帶電序列中所處的位置盡量接近;使物體間的接觸面積和壓力要小,溫度要低,接觸次數(shù)要少,分離速度要小,接觸狀態(tài)不要急劇變化等。
粉體、液體、氣體在運輸過程中由于摩擦?xí)a(chǎn)生靜電。因此,要采取限制流速、減少管道的彎曲。增大直徑、避免振動等措施。
靜電防護除降低速度、壓力、減少摩擦及接觸頻率,選用適當(dāng)材料及形狀,增大電導(dǎo)率等抑制措施外,還可采取下列措施:①接地。②搭接(或跨接)。③屏蔽。④對幾乎不能泄漏靜電的絕緣體用抗靜電劑以增大電導(dǎo)率,使靜電易于泄漏。⑤采用噴霧、灑水等方法提高環(huán)境濕度,抑制靜電的產(chǎn)生。⑥使用靜電消除器,進行靜電中和。