仪表的防静电技术

电子的移动方向
带玻云尼羊人绢人丙棉铝纸麻琥铁橡金涤赛聚带
正璃母龙毛造 体烯布
珀、胶 纶璐四负
电
丝皮
铜
珞氟电
荷
肤
、
乙荷
侧
镍
烯侧
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当两种材料发生接触时，电子将从顺序表中位于左 侧的材料转移到顺序表中位于右侧的材料上。可以按此 来判断两个物体摩擦时，它们带电的极性，还可以大致估计 所带电荷程度的大小，即顺序表中相隔愈开的两种材料摩擦 ，产生电荷的程度就愈大。
仪表的防静电技术
2020/8/18
1 概述
物体的静电的起电--放电（ESD）一般具有高电位、强电 场和宽带电磁干扰等特点。
与常规电能量相比，静电能量虽然比较小，但瞬间的功率 十分巨大。
不仅有瞬间大电流集中传输，导致易燃易爆物质的燃烧爆 炸，而且还会形成强电磁脉冲，产生频谱很宽的电磁辐射场， 对微电子设备造成电磁干扰和浪涌效应。
由于微电子技术的发展和广泛应用,静电防护工程研究 逐渐由原来重点研究静电放电引起燃烧爆炸之类灾害事故的 防护,转向重点研究静电放电辐射场引发的电磁干扰及相关 危害。
静电放电（包括接触放电和空气放电）对电路的干扰以及对 元器件影响，特别是对场效应器件（CMOS电路）造成的破坏，越 来越引起人们的重视。因而控制系统的静电抗扰度便成了一项重 要的电磁兼容性（EMC）指标。
此外，影响人体电阻的因素还有皮肤表面的水分、 盐和油、皮肤接触面积和压力等。
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人体静电放电模型
L R
C V
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上图是人体的静电放电模型。电荷储存在人体电容中， 并通过一个等效的人体电阻产生放电。该静电模型没有考虑 电感的大小，但是电感对确定放电电流的上升沿时间有决定 性的影响，应当将它计算进来。
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2）摩擦起电 两种物体互相摩擦时。由于电子和离子的亲和性不同，
会在两个物体间引起电子和离子的移动，形成一方带正电 荷，一方带负电荷，当两物体分开时，会使一部分的正电荷 与负电荷再度结合，但最后残留一部分电荷。残留电荷量 大，则静电量也愈大，这种残留的电荷由该物体的绝缘性决 定。
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物体带电顺序表
人体电容也可用下列经验公式表示：
C=0.55H+0.008KA/t
式中：H——人体高度（cm）； K——鞋底材料的介质常数； A——两只鞋底的总面积（cm2）； t——鞋底厚度（cm）。
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人体电阻是非线性的，其值约在500Ω～1,000Ω之 间，它和人体产生放电的位置有关。
若手指尖放电，人体电阻约为10,000Ω； 若手掌放电，人体电阻约为1,000Ω； 若在手持的金属物体上放电，人体电阻约为500Ω； 若放电发生在较大的金属物体上，人体电阻可以减 小为50Ω。
工作服 纯棉
棉纱 1.2
维尼纶55%、棉45%
0.6
聚酯65%、人造丝35%
4.2
聚酯65%、棉45%
14.1
毛 0.9 4.5 8.4 15.3
内衣
丙烯
聚酯
11.7
14.7
12.3 19.2 12.3
12.3 17.1 7.5
尼龙 1.5
维棉 1.8
4.8
0.3
4.8
1.2
14.7 13.8
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工作服和内衣摩擦时发生的静电是人体带电的主要原 因，质地不同的工作服和内衣摩擦时人体带电电压如表所示。 人体各部位所带的静电是不均匀的，一般认为以手腕侧的电位 最高。
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产生静电的原因大致有二 ：
1）静电感应
如果一个带电体靠近一个中性导体，那么静电场会使 中性导体上处于平衡状态的电荷分离。在距离带电体最近的 导体表面上出现与带电体上电荷极性相反的电荷，而在距离 带电体最远的导体表面上出现与带电体上电荷极性相同的电 荷。如雷雨云底部分布着大量的电荷，它们产生静电场，在 雷雨云所覆盖的地面和各类导体上便会感应出与雷雨云底部 电荷相反符号的电荷。
2) 绝缘体上的电荷只能保持在产生它的区域，并不会分布在 材料的整个表面上。正因为如此，绝缘体的接地并不能减少 电荷。
3) 因为绝缘体上的电荷不能自由移动，所以电荷不会引起 静电放电。但绝缘体上的电势会在导体上感应产生电荷。
4) 静电损坏都是通过导体（包括人体潮湿的皮肤）引起的。
5) 人体是最主要的静电放电源头。
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因塑料地面或盛器产生的静电电压测量值
在毛毯上行走的人 在聚氯乙烯地板上行走的人 在工作台面前的人 放在塑料箱内的器件 放在塑料管内的器件
普通值（kV） 12 4 0.5 3.5 0.5
最大值（kV） 39 13 3 12 3
Hale Waihona Puke Baidu11
几点基本概念
1) 静电是一种发生在材料表面上的现象。电荷存在于材料 的表面上，而不是材料的内部。
产生电荷的数量不仅与顺序表中材料的位置有关，而且 还和材料的表面清洁度、接触的压力、摩擦数量、接触面积 的大小、表面光滑度以及分离速度等因素有关。同类材料在 经过接触、分离后也能产生电荷。一个最明显的例子就是塑 料袋，在打开时能显而易见地感觉到静电的存在。
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质地不同的工作服和内衣摩擦时人体带电电压（kV ）
6) 任何带电物体都很容易将自己所携带的电荷转移到导电 的人体皮肤层上。
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2 人体的静电模型（HBM）
一个物体上所积累的电荷储存在该物体的电容中。 通常，我们总认为只有在两个平板之间才会有电容， 实际上所有的物体都有自己的自由空间电容，无非第二 个平板（指地球）无限大而已。这个电容也就是物体可 有的最小电容。 即使是不规则形状的物体，它的自由空间电容主要取 决于其表面积的函数。
在静电起电--放电的过程中，ESD参数是不可控的，是一 种难于重复的随机过程，因此，他的作用往往被人们所忽视。
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人体上带不同的静电电压时，静电放电的电流波形
I/A
U0=40kV
50A
100ns
t/ns
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从图中可以看出，静电放电过程，其峰值电流可达数十 安培，实验室利用ESD模拟器和电流靶可以观测到数百安培 的静电放电电流，其电磁辐射场可在附近导线上感应出数百 伏乃至上千伏的电压。
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人体的电容和电阻
500Ω～10kΩ
50pF～100pF
50pF
100pF
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一个人体在自由空间中的电容约为50Pf。除此以 外，人体电容还包括脚底与地面之间的电容（约 100Pf）。
如果人体接近墙壁等周围的某些物体，还会增加 50Pf～100Pf的电容。所以人体电容等于人体自由空间 电容与平板电容之和，大小在50Pf～250Pf之间变化。