静电基本知识

静电就是静止的电荷。

静电是一种常见的自然现象。任何一种材料，不论它是固体、液体还是气体，不论它是导体还是绝缘体，都会因为摩擦而使它带有电荷。电荷量的多少除了取决于材料本身的特性。还和其它因素有关。这些因素包括物体表面的光滑程度，两个物体相互之间磨擦或者接触的面积，磨擦时表面的受力以两个物体分开的速度。例如，光滑的表面会产生较多电荷，增大磨擦面积或者增加磨擦速度会产生较多电荷，在磨擦时，增加表面承受的压力也会使电荷增多。材料的绝缘性能越好，越容易磨擦生电。

不仅磨擦会产生静电荷。两个介电常数不同的物体相互接触，然后分开，在物体表面上就会出现静电荷，在一个物体上中失去电子而带正电荷，另一个物体的表面也会因为得到等量的电子而带负电荷。当物体上带有电荷时，它的电位升高，电荷越多，电位越高。由于磨擦或者两种物体接触后分开所产生的静电受潮湿程度的影响。在湿度为55%时，而当相对湿度下降到40%时为15000伏，当相对湿度下降到35000伏时，高达35000伏。这是因为潮湿程度影响材料的导电性和保持静电荷的能力。相对湿度越高，导电能力越强；相反，湿度越低，绝缘性能越强，就越能保持电荷。

二、静电的产生

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) 

图1. 离子的形成

造成不平衡电子分布原因即是电子受外力而脱离轨道，这个外力包含各种能源（如动能、位能、热能、化学能……等），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。（如图3所示）

 图3. 物体接触后再分离,即能产生静电

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。

二、静电控制的基本概念

要想正确实施静电控制技术，从某种意义上讲首先必须要能够在交流过程中准确地描述出需要表达的内容，有效的沟通必须先从明确的定义和正确使用术语开始。以下是我们在静电控制技术中用到的基本概念。

（1）电阻和电阻率：这是静电控制技术中*关键的两个概念，它们经常混淆，不仅被用来表示材料，还用于描述评估材料的测试方法。

（2）电阻系数：指某材料单位厚度上的直流压降与单位面积上通过的电流之比。体电阻系数是材料的基本参数之一，表示其导电性能，单位为欧姆/厘米。

（3）表面电阻系数：该参数用于厚度一定的薄膜材料，其定义为表面上单位长度的直流压降与单位宽度流过电流之比。它指正方形两对边之间的阻值，只要面积远远大于薄膜厚度，则该阻值与正方形的大小无关。表面电阻率的单位是欧姆。

（4）电阻：从另一方面表示不同形状（面积和长度）和电阻率的材料对电流的阻碍作用，它同时表明材料的表面貌一新或表面与地之间的电路连通性以及物体的放电能力，单位是欧姆。

（5）表面电阻：根据EOS/ESD S11.11“静电释放平面材料的体电阻测量”中的定义，体电阻是指材料两端之间的直流电压与通过电流的比值，它的单位也是欧姆。

（6）绝缘材料：指表面电阻系数在1×1011欧姆/厘米以上的材料。绝缘材料的表面或内部基本上没有电流流动，它的电阻很大，难于接地。这种材料内的静电荷会在上面保留很长时间。

（7）导电材料：指表面电阻系数小于1×105欧姆或体电阻系数小于1×104欧姆/厘米的材料。这种材料电阻小，电子在其表面及内部流动非常容易，可流向任何接触到的其它导体或大地。

（8） 放电材料：指表面电阻系数大于或等于1×105而小于1×1012欧姆，或体电阻系数大于或等于1×104而小于1×1011欧姆/厘米的材料。

（9）静电屏蔽材料：指导电层每毫米厚度的表面电阻系数小于1×104欧姆，或体电阻系数小于1.0×103欧姆/厘米的材料，采用这种材料制作的法拉第保护罩可防止静电敏感器件受到静电的影响。

（10）抗静电性：通常指材料抑制磨擦起电的特性。材料的抗静电性与其电阻或电阻率没有必然的联系。

（11）库伦定律：同性电荷相斥，异性电荷相吸。

   Q=CV，V=Q/C，Q=电量；V=电压；C=电容

三、静电的测量参数

1.电荷量：

静电的实质是存在的剩余电荷、电荷是所有的有关静电现象本质方面的物理量。电位、电场，电流等有关的量都是由于电荷的存在或电荷的移动而产生的物理量。在科研究所、高等院校，检测站和工矿企业等部门经常需要测量物体的电荷量或电荷密度。

表示静电电荷的多少用电量Q表示，其单位是库仑C，由于库仑的单位太大通常用微库或纳库。1库仑=1000000微库，1微库=1000000纳库。

在测量粉体带电及其荷质的，测量防静电服的性能时都要测量其带电电荷量。测量物体的带电电量从原理上说可用法拉第间和静电针及静电电容测量，但方法测量繁琐，误差较大，而且对于非静电技术人员使用时更时困难。现有一种准确迅速测量物体电荷量的专用仪器-EST111数字电荷仪/EST112数字电量表。使用极为方便，受到广大科研单位和厂硫企业如国内各防静电服生产的好评。其使用单位有：西北纺织工学院、劳动部劳保科学研究所、北京科技大学、中国矿业大学等。

2.静电电压

由于在很多场合测量静电电位较容易，另一个常用的静电参数是静电电位，其单位为伏，但由于静电电压通常很高，因此常用一个较大的单位一千伏（KV）。1KV=1000V

测量静电电压的仪表通常分为接触式和非接触式，对于测量有源带电体如静电发生器（高压电源）等的静电电压常用接触式，测量这类静电可用Q-V系列静电表。但由于接触式仪器在与被测物体接触时会使带电物体的静电放电，而使电荷量减少或使带电物体的电容增加，这两个因素都将使物体的静电电位降低，因而测出的结果与物体真实带电情况相差较大，所以这在测量许多物体的静电电压时更常用的方法是用非接触式静电电压表，这种仪表在测量时不与初测物体任何接触，因而对被测量物体的静电影响很小，常用的仪表有EST101型防爆静电电压表，这种仪表不但在一般场所能准确迅速测量出物体的静电电压，而且可在对防爆要求很高的场所使用，其重量轻、体积小，价格也很低，因而在国内得到广泛使用，如全军各油库、**、火工品、石油、化工、纺织、造纸、橡胶、印刷、计算机等行业等。

四、引起静电放电的因素

静电放电英文代表是ElectroStatic Discharge，简称“ESD”，是静态电能不受控制的突然释放过程。这种电能释放能够损坏敏感的集成电路。

当两种材料一摩擦，一种丢失电子，而另一种则收集电子，前者正充电，而后者则负充电。静电是一个物体上的非移动的充电。如果有机会，该物体将放掉充电，又回到中性(如在门把上的火花这种情况)。这种充电释放就是静电放电，称为ESD。绝缘体趋向于保持其静电充电集中在一个不动的区域，因此电压可能很高。导体趋向于均衡其充电，把它传导给接触到的接地物体。产生ESD方法包括从地毯走过、梳头、撕开胶带(塑料)、打开两面接触的塑料袋等。ESD典型的来源包括人员、处理设备和一些普通塑。ESD敏感元件(可能容易被ESD损坏的零件)包括：半导体元件、厚与薄的薄膜电阻、片状元件、混合电路器件和晶体。

1. 被ESD可能损坏的途径：

·手直接接触到元件引脚。

·非直接接触，如手接触连接器或金手指(gold finger)。ESD“攻击”沿PCA的迹线运行直到找到一个脆弱的IC，将它摧毁。

·PCA或单个的元件放在一个充电表面，通过感应“拾取”类似静电充电。这样，当放在一个金属表面，迅速放电(慢放电是**的)。

·PCA或单个的元件暴露在很强的外部电场，诱发放大的内部电流。

2.PCA或单个的元件被ESD接触后出现的情况：

a.健康的。这个元件通过适当的ESD技术处理，将成功运行几年时间。

b.死亡的。这个元件由于不适当的元件处理而遭受部分ESD损坏，含有潜在的缺陷。虽然信号可以在*终测试时成功地通过，但是正常使用的压力将引起过早的和不希望的现场失效。这种情况不正常地发觉。预防是*好的保护。

c.受伤的。这种元件遭受部分ESD损坏，含有潜在的缺陷。虽然信号可以在*终测试时成功地通过，但是正常使用的压力将引起过早的和不希望的现场失效。这种情况不能正常的发觉，预防是*好的保护。

有些类型的元件危险性极高，但把注意力和预防只局限在有限的部分零件是不明智的。*好是保持良好的习惯，对所有电子产品都有ESD意识。

3.绝缘体、导体及其中间物

a.绝缘体是诸如塑料、橡胶、羊毛、衣物和纸张之类的材料。当任何这类材料一起摩擦时，它们就变成静电充电发生器。如果这充电可找到对地通路，即变成ESD。

b.导体是诸如铜、铝、银、金、钢和碳之类的材料。当与地连接时，它们提供静电的缓慢放电通道。如果PCA或单个元件变成这个缓慢通道的一部分，则任何PCA上的现存充电将**地通往地下。

c.在绝缘体上建立充电之后(如，抹布擦过塑料台面之后)，它不能“排放掉”。消除它的**方法是通过离子器，它结合了额外的正与负离子源，通过风扇来分散。当离子遇上绝缘体表面静电时，它们结合在一起，并中性化，消除了潜在的问题。(表一)

表一、不同材料的导电率