靜電防護原理
有很多操作過程中,不產(chǎn)生靜電是不可能的,但產(chǎn)生靜電并非危險所在,危害在于靜電積累以及由此產(chǎn)生的靜電放電。因此對靜電積累的限制和采取措施使靜電泄漏(耗散)尤為重要。
靜電防護措施很多,主要有以下幾點。
一、靜電耗散與接地
將各種操作運行過程中產(chǎn)生的靜電迅速耗散是防止靜電危險行之有效的方法。靜電耗散是通過替電子生產(chǎn)過程中接觸到的各類絕緣物制備的用具(包括各種工裝夾具和制品)而改用防靜電材料制備并使之接地來完成的。
防靜電材料又叫ESD防護材料,從防靜電原理主面可以將其分為三類:導(dǎo)靜電、靜電耗散、靜電屏蔽耗散復(fù)合類。三種材料可以從導(dǎo)電性上加以區(qū)分。例哪國家GB12158-90《防止靜電事故通用導(dǎo)則》和電工學(xué)將體積電阻率和表面電阻率分別小于或等于106歐.米、107歐的材料叫靜電導(dǎo)體,在106~1010歐.米、107~1011歐范圍內(nèi)的為靜電亞導(dǎo)體,在1010歐.米和1011歐以上的為靜電非導(dǎo)體。根據(jù)上述規(guī)定,可以將表面電阻率和體積電阻率分別107歐、106歐.米的以下的的材料定為導(dǎo)靜電材料,表面電阻率107~1011歐為靜電耗散材料,體積電阻率小于1*102歐.米的材料定為靜電屏蔽材料。國家**標準GJ3007-1997《防靜電工作區(qū)技術(shù)要求》對靜電耗散材料和導(dǎo)靜電材料也作了明確劃分,但和GB12158-90劃分有所不同。
為統(tǒng)一規(guī)定,目前國際和國內(nèi)對靜電耗散和導(dǎo)靜電材料劃分是以國際電工委員IEC1340-4-1規(guī)定為基準。IEC1340-4-1規(guī)定:表面電阻、體積電阻等于或低于1*106歐姆的材料;1*106~1*109歐.米為導(dǎo)靜電材料;1*106~1*109歐姆的材料為靜電耗散材料。
通常靜電耗散材料制備的防靜電用品(用具),使用在工作環(huán)境中有220伏、380交流強電或直流強電,能對操作人員提供**保護。而導(dǎo)靜電材料用于沒有強電的情況下,火工和有防爆要求的場合。
1、靜電耗散與接地
在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的靜電可以通過ESD防護材料及接地泄漏。如果ESD防護材料的面積足夠大時,也可降低靜電電壓,例如,某靜電源的電荷量為0.6微庫侖,其對大地電容20微微法時,靜電源的靜電電壓為3000伏。當泄漏到地塊表面積為10平方米的導(dǎo)靜電地面時(對地電容1000微微法),每平方厘米的帶電量僅為0.6微微庫侖,此時靜電電壓只有60伏.因此可以看到,當ESD防護材料的面積足夠大,而且對大地的電容量也很大,當少量的靜電荷泄漏其上時,對ESD器件不會造成損壞。所以在某些情況下,可將面積非常大的ESD防護材料視為一懸浮接地。既使其不直接接地也不會對ESD器件造成**影響。
但在實際生產(chǎn)中,接觸到的靜電源很多,而且積累的電荷量也較大。往往使用的ESD防護材料不可能提供較大面積,這時必需采取接地措施。
2、耗散與接地普遍場合
通常所說的靜電耗散,就是將ESD保護材料或?qū)w上積累的靜電荷用某引起導(dǎo)靜電方式,將其漏到大地或者一個表面積足夠大的懸浮接地體上。由于靜電電量和泄漏電流都比較小,所以可以認為ESD防護材料和導(dǎo)電與大地之間的電阻不超過1兆歐左右,都可認為是符合要求。對于靜電接地電阻,國家標準GB12158-90規(guī)定:靜電導(dǎo)體與大地間的總泄漏電阻通常不大于1兆歐,每組專設(shè)的靜電接地的接地電阻值,一般不應(yīng)大于100歐。在山區(qū)等地,其接地電阻值也不應(yīng)大于1000歐。
YD/T754-1995《通信機房靜電防護通則》、SJ/T10553-1994《電子設(shè)備制造防靜電技術(shù)要求》規(guī)定靜電接地電阻值不大于10歐。這一數(shù)據(jù)已被廣泛采用。
電子工業(yè)靜電接地有軟接地和硬接地之分,軟接地是指地線串接阻值較高的電阻器后再與大地相連。軟接地的目的在于將對地電流限制在人身**范圍之下(通常為5毫安)。軟接地所需要的電阻值大小,取決于靠近接地點的人員可能接觸到的交、直流電壓值。很多標準將軟接地電阻值定為1兆歐。硬接地是指將地線直接接地或通過一低電阻接地。一般情況,硬接地用于靜電屏蔽或儀器設(shè)備、金屬體的接地。
二、靜電中和
靜電路和是消除靜電的重要措施之一。在某些場合中,當不便使用ESD防護材料時,或必須將某些高絕緣易產(chǎn)生靜電的用品存放在工作臺或工藝線上時,為了保證產(chǎn)品質(zhì)量就必須對操作環(huán)境采取靜電中和措施。靜電中和是借助離子靜電消除器或感應(yīng)式靜電刷來實現(xiàn)的。
靜電中和原理:將正負離子與靜電源上的正負電荷中和,從而消除靜電源上積累的靜電。
產(chǎn)生正負離子的裝置叫離子靜電消除器,其種類很多,有高壓式,同位素式、離子流式等。
靜電中和也可采用靜電刷(靜電梳)來實現(xiàn),它是在金屬棒上裝上一排導(dǎo)電纖維。當靜電刷與絕緣物相接觸時,在接觸過程中,可因電暈放電、泄漏、短路等直接消除絕緣物上的靜電荷。
在某些特殊情況下,還可采用防靜電劑(噴劑等)來實現(xiàn)靜電中和。這類噴劑通常是陽離子或陰離子表面活性劑。
上述幾種靜電中和的相互比較,離子靜電消除器具有不影響產(chǎn)品質(zhì)量,消除靜電快,使用方便等特點,不足之處是儀器成本較高。防靜電劑的使用雖然具備操作簡單等特點,但從消除靜電效果來說,要某些情況下不如離子靜電消除器效果好,而且持久性不好。有的防靜電劑具有腐蝕性和毒性。
三、靜電屏蔽與接地
靜電屏蔽及接地通常用于對高壓源產(chǎn)生的靜電場屏蔽,某些對靜電極敏感電路的屏蔽,從而避免靜電場對ESDS器件和ESDS組件的感應(yīng)和靜電放電產(chǎn)生的寬頻帶干擾。
屏蔽的作用是通過將一個區(qū)域封閉起來的殼體實現(xiàn)的。殼體可以作成金屬隔板式、盒式、也可以作成電纜屏蔽和連接器屏蔽。屏蔽的殼體一般有實芯型、非實芯型(如金屬網(wǎng))和金屬編織帶幾種類型,后者主要用作電纜的屏蔽。各種屏蔽體的性能,均用屏蔽體的屏蔽效果來表示。此值定義這空間某一區(qū)域屏蔽后的靜電場強度、比屏蔽前電場降低的分貝數(shù)。屏蔽效果優(yōu)與劣,不僅與屏蔽材料的性能有關(guān),也與屏蔽與靜電源距離,以及殼體上可能存在的各種不連續(xù)的孔洞和數(shù)量有關(guān)。
靜電屏蔽效果與接地有很大關(guān)系,只有將屏蔽體接地,才能保證屏蔽體上感應(yīng)的靜電荷泄漏,使屏蔽體內(nèi)的電路不受靜電場干擾。
靜電屏蔽及接地是很多種儀表電路上防靜電干擾的重要措施之一。同時也用于防止靜電源對外界的干擾。
四、增濕
濕度增加則非導(dǎo)體材料的表面電導(dǎo)率增加,使物體積蓄的靜電荷可以更快泄漏。有靜電危險場院所,在工藝條件許可時,可以安裝空調(diào)設(shè)備、噴霧器以提高空氣的相對濕度**靜電。一般情部,用增濕法消除靜電的效果很明顯的。但城要指出的是,對于表面容易形成水膜,即容易被水潤濕的絕緣體如橡膠等,增濕是有效的。