靜電的原理

日期：2025-05-07 00:42

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摘要：

靜電的原理

一、概述

在人們的日常生活和工作中, 經常會遇到靜電現象。那麼, 靜電到底是什麼, 它的產生機理以及它有哪些危害, 如何預防和消除這些危害, 這是我們必須考慮和解決的問題。

1．什麼是靜電？

靜電是一種電能，它存在於物體表麵，是正負電荷在局部失衡時產生的一種現象。靜電現象是指電荷在產生與消失過程中所表現出的現象的總稱，如摩擦起電就是一種靜電現象。

2．為什麼要防靜電？

由於電子行業的迅速發展，體積小、集成度高的器件得到大規模生產，從而導致導線間距越來越小，絕緣膜越來越薄，致使耐擊穿電壓也愈來愈低。而電子產品在生產、運輸、儲存和轉運等過程中所產生的靜電電壓卻遠遠超過其擊穿電壓閾值，這就可能造成器件的擊穿或失效，影響產品的技術指標，降低其可靠性。由此可見，靜電是電子行業發展中的一大障礙。所以預防靜電必須提到議事日程上來，以確保產品的質量。

為使電子器件及產品在購買、入庫、發料、檢驗、儲存、調測和安裝等過程中免受靜電危害,了解靜電產生的機理和一些防止靜電產生危害的相關知識是非常必要和重要的。

二、電子行業中靜電障害的形成

電子行業中靜電障害可分為兩類：一是由靜電引力引起的浮遊塵埃的吸附；二是由靜電放電引起的介質擊穿；

1．靜電吸附

在半導體元器件的生產製造過程中, 由於大量使用了石英及高分子物質製成的器具和材料，其絕緣度很高，在使用過程中一些不可避免的摩擦可造成其表麵電荷不斷積聚, 且電位愈來愈高。表1列出了半導體元器件及其使用環境中部分物品表麵的靜電電位。

從表1可見，它們的靜電電位都很高。由於靜電的力學效應，在這種情況下, 很容易使工作場所的浮遊塵埃吸附於芯片表麵，而很小的塵埃吸附都有可能影響半導體器件的良好性能。所以電子產品的生產必須在清潔環境中操作，並且操作人員、器具及環境必須采取一係列的防靜電措施，以防止和降低靜電危害的形成。

2．介質擊穿的分類

由靜電引起元器件的擊穿是電子工業中靜電危害的主要方式。在強電場中，隨著電場強的增強，電荷不斷積累，當達到一定程度時，電介質會失去極化特征而成為導體，*後產生介質的熱損壞現象，這種現象稱為電介質的擊穿。介質擊穿分熱擊穿、化學擊穿和電擊穿三種形式。

（1）熱擊穿介質工作時，當損耗產生的熱量大於介質向周圍散發的熱量時，介質的溫度迅速升高，導電隨之增加，直至介質的熱損壞。可見熱擊穿的核心問題是散熱問題。所以熱設計是產品設計的重要環節之一。

（2）化學擊穿在高壓下，強電場會在介質表麵或內部的缺陷小孔附近產生局部空氣碰撞電離，引起介質電輝，生成化學物質--臭氧和二氧化碳，使絕緣性能降低，致使介質損壞。

（3）電擊穿電擊穿是介質在強電場作用下, 被擊發出自由電子而引起的。自由電子隨電場強度的增加而急劇增加，從而破壞介質的絕緣性能。可見電擊穿的本質是電荷積聚所致, 因而防止電荷積聚就可防止電擊穿。一般把擊穿的臨界電壓稱為擊穿電壓, 臨界場強稱為擊穿場強。例如: E空氣 = 3 kV/m, MOS管結構的E柵氧化摸 = 1.0×106kV/m。

3．靜電的擊穿與放電

（1）靜電放電靜電放電與外加穩定電源產生的放電雖然同為電荷積聚所致，但又有著明顯的區彆。首先，在靜電放電的情況下，起放電電源是空間電荷，因而它所儲存的能量是有限的，不像外加電源那樣具有持續放電的能力，故它僅能提供短暫發生的局部擊穿能量。雖然靜電放電的能量較小, 但其放電波形很複雜，控製起來也比較麻煩。半導體器件的軟擊穿就與它有關。

（2）靜電擊穿由靜電擊穿引起的元器件擊穿損壞是電子工業中，特彆是電子產品製造中*普遍、*嚴重的危害。

靜電放電可能造成器件硬擊穿或軟擊穿。硬擊穿是一次性造成器件的長久性失效，如器件的輸出與輸入開路或短路。軟擊穿則可使器件的性能劣化，並使其指標參數降低而造成故障隱患。由於軟擊穿可使電路時好時壞（指標參數降低所致），且不易被發現，給整機運行和查找故障造成很**煩。軟擊穿時設備仍能帶"病"工作，性能未發生根本變化，很可能通過出廠檢驗，但隨時可能造成再次失效。多次軟擊穿就能造成硬擊穿，使設備運行不正常，既給用戶造成損失，也影響廠家聲譽和產品的銷售。

4．人體靜電

在工業生產中，引起元器件損壞和對電子設備的正常運行產生乾擾的一個主要原因是人體靜電放電。人體靜電放電既可能造**體遭電擊而降低工作效率，又可能引發二次事故（即器件損壞），因此人體靜電應引起足夠重視。人體形成靜電的原因是人體在日常工作中，把人體所消耗的機械能在活動中轉換為電能。人體是一個靜電導體，當與大地絕緣時（如穿的鞋底為絕緣物質），人體與大地就形成一個電容，使電荷儲存起來，其充電電壓一般 ≤50kV。當電荷儲積到一定程度時，一旦條件成熟會放電形成火花，瞬時放電電壓可達數千千伏，放電功率可達幾千千瓦。

（1）人體靜電的起電方式

① 起步電流當人行走在絕緣地板上時，抬起的一隻腳由於鞋底電阻的存在可產生一個充電電流I1，而另一隻腳也由於鞋底電阻的存在，落地時有一個泄露電流I2 。這種電流一般小於10-8A，其大小和步行方式與地板材料有關。

②摩擦帶電及其它帶電　人體在日常工作中, 會與所穿的衣服、鞋帽、手套產生摩擦，並且衣服與周圍物體之間、鞋子與地板之間、手與工件之間等都可產生摩擦。此外，當人體靠近帶電物體時，也會感應出大小相等、符號相反的電荷以及帶電顆粒的吸附，所有這些都是人體產生靜電電荷的誘因，進而通過傳導和靜電感應, *終使人體呈帶電狀態。

（2）影響人體帶電的因素

①起電電流操作者的起電電流一般為I0=10-8～10-6，IMAX=10-4。當人體對地電阻一定時，起電電流I越大，人體帶電量q就越大，電位就越高。I0一定時，人體對地電阻R越大，電壓就越高，人體帶電荷q就越多。即：

U↑=I↑R↑ q↑=U↑C

②人體對地電阻　人體電阻分兩種：表麵電阻和體積電阻。由公式U = I R和 q =U C可見，對地電阻R越大，其帶電量q也越高。表麵電阻的大小與皮膚的乾燥程度和空氣的濕度有關。乾燥時一般為100～600kΩ，潮濕狀態為11kΩ，人體手到腳的體積電阻一般為500Ω～800Ω。

③人體電容一般指人體對地的電容和人體對周圍物體的電容。由公式q = UC可見：電量一定時，電壓U隨電容C的減小而增大。由公式W=q2/2C可見：人體所儲存的靜電可隨人體電容的減小而增大。

（ 3）人體放電電擊感度人體帶電放電時，人體會有不同程度的反映，這種反映稱為電擊感度。當人體受到靜電電擊時，雖不會發生重大生理障礙，但可能影響人的工作效率，或造成精神緊張和二次破壞等。

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