五、静电防护
六、新的静电问题
一、静电概念和基本现象 1、什么是静电 2、静电的特点 3、常见的静电现象
1、什么是静电
相对于观察者而言，电荷处于静止或缓变的 相对稳定状态，即为静电。由于这种电荷和电场 存在而产生的一切现象称为静电现象。 静电并不是完全静止不动的电，而是在空间 缓慢移动的电荷，但静电的磁场效应比起电场的 作用可以忽略不计。
40kV。
g. 粉碎工艺：粉体的电阻率>1016 cm由于相互碰撞、摩擦等起电1～3kV。 h. 电子工业：操作者对地电位1.5～35kV，造成静电敏感元件、组件、设备
的损毁、击穿；静电放电产生的杂波干扰信号，引起误操作或故障。
i. 火工品：生产、装药、储运
（3）大气静电
a.地球本身带有一个静电场： 地球带电Q＝-9.02105C，建立垂直与地面的电场。E.g.:
A 最小发火能/点火能: 混合气0.01-1mJ、粉尘10-60mJ，etc B 静电感度：火药<=1mJ、电爆100mA/20kV（实际50%发火能~1mJ)
火箭静电问题
3、 其 他 静 电 事 故
E S D 卫 星 故 障
五、静电防护
1、防护的目的
1) 保证 人 身 和 生 产场所安 全，防止火灾和爆炸
I-1、静电效应与规律
1. 静电力效应 即库仑效应：带电体对带电/不带电粉尘有静电力作用，表现为吸附 或排斥 2. ESD热效应 绝热的ESD通常是一个局部高温热源，引起燃烧、爆炸或热击穿，引 发电火花装臵的意外发火。 3. ESD电磁脉冲效应 ESD电磁脉冲从低频到GHz，对电子设备、通讯形成干扰，引起误操 作 4. ESD人体电击效应 人体和其他物体之间的ESD形成瞬时大电流，造成人体打击，引起紧 张、恐慌和二次事故。 5. 强电场和感应效应 高电位的静电可以产生高达104kV/cm的电场，很容易引起MOS管等电 子器件的击穿或损毁。 同时，带电体容易使附近物体感应起电，产生上述1-4效应。
d. 石油工业：汽油经过棉制品时电位206kV；槽车装油油面电位10kV。
e. 运输： 轮胎的电阻率 108 ～ 1011 cm ，一般车速下克充电 15 ～ 50kV ，最高
100kV；传输皮带带电30～40kV，最高80kV。
f. 塑料工业： 塑料表面电阻率 1016～ 1020 cm ，表面摩擦电位 >1kV ；赛珞璐
静电带电体分类
① 固体带电：塑料、橡胶、胶片、纸张、薄膜、布匹、化纤等在 脱模、烤压、收卷、传送、切割等作业生产过程。 ② 液体带电：各种绝缘油品、绝缘试剂、污油水等在装卸、运输 作业过程中的带电现象。 ③ 气体带电：压力气体的排放、泄喷气体、水蒸汽、蒸汽雾云、 管道内流动气体的带电。
④ 粉体带电：塑料粉、医药粉、农药粉、火药粉、粮食粉、巧克 力、奶粉等粉碎、筛粉、气流输送等作业的带电。
部门 制造商 分销商 最低损失率 4% 3% 最高损失率 97% 70% 平均损失 16-22% 9-15%
承销商 用户
2% 5%
35% 70%
8-14% 27-33%
2、静电燃爆事故
1) 固体静电起电： - 2007年，74**厂某火药装载车间，脱模时起爆，无人伤 - 2009年，烟花炮竹运输过程的事故；几乎每年都有 2) 人体静电起电： - 1986年冬，某军工厂，弹药修理人员脱去大衣，走近药箱 - 2007年，某基地导弹从车上卸载时电爆，一实习生死亡 3) 液体静电起电： - 2006 年，葫芦岛油库静电引爆，数人死亡 - 油品输运中的静电事故 4) 粉体静电起电： - 1988年，哈尔滨亚麻厂，14人死亡 5) 气体静电起电： - 煤矿瓦斯爆炸 - 液化气
③ 电磁感应起电：动力、照明用电一般由电磁感应得到，也会引 起静电。 ④ 射线电离空气起电：空气、绝缘体在放射性同位素α、β、γ射 线的照射下，会使中性分子电离而起电。 ⑤ 物质三态变化起电：水是良导体，而水在4℃以下，液态变成 固态，结冰时，冰是带电的，液态水变成水蒸汽-气态、水蒸汽是 带电的。水蒸汽上升遇冷凝结成水珠、雪或冰雹等，也会带电。
2、防护的内容
1）防止或控制静电的产生 2）减少和消除静电电荷 3）减少静电危害 4）严格防静电管理 静电防护的 原则
2) 提高成品率；
3) 确保 产 品 成 品 的工作可 靠性
静电防护的一般方法或措施：
静电原理、危害和防护
欧阳吉庭
北京理工大学 静电研究室
jtouyang@
北理工静电研究室
职员：教师4人，博士 7人，硕士 15人 方向：静电安全和应用技术 放电等离子体源和物理
等离子体与物质相互作用
等离子体应用技术
提 纲
一、静电概念和基本现象
二、静电起电
三、静电效应与危害 四、静电危害事例
（2）静电体分类
起电方式的分类
① 接触摩擦分离起电：两种不同物体相互接触摩擦分离，各自产 生数量相同、极性相反的电荷。 最普遍的起电方式。
② 感应起电：中性物体移近与带电体时，在靠近带电体一端出现 带电物体所带电荷极性相反的电荷，远离的一端出现与带电物体 电荷极性相同的电荷。 比较普遍的起电方式。
影响起电的主要因素
1）物体本身的性质：静电序列中离的越远 静电 ；
杂质的影响 静电
2）物体表面状态：粗糙度越大越容易起电； 表面污染或氧化腐蚀 静电 3）物体大带电履历：初期接触分离时多，反复后少； 已经带电的再接触分离时少
4）接触面和压力：面积、压力 静电
5）分离速度：分离速度 静电
3、常见的静电现象
（1）人体静电
（2）工业静电
（3）大气静电
（1）人体静电
a. 干燥的冬天：握手时、开门时、穿衣或脱衣时“打人” b. 头发直立, 粘物，等
c. 衣服很容易吸尘，抖不掉
各种活动产生的人体静电压值
除了上述起电以外，其他方式如：
1）感应式起电：人靠近带电体，受电场作用，产生感 应电荷。例如荧光屏前的人面部会感应负电荷， 此时人体静电荷可能为零。这种感应电压有时很 高，例如：在雷云下行走，感应电压可达5万伏 2）吸附起电：人处于漂浮带电灰尘或雾滴的环境中， 这些微小带电体在人体表感应出异号电荷并受库 仑力飘向人体，最终把电荷传给人。 舞台上用干冰喷雾，如果地面绝缘性好，常能 看到演员因带高压静电而头发竖起。
⑤ 人体带电：人体生理变化或运动身体各器官组织也要表现出电 性，如人体细胞膜的静止电位约有10 mV。
⑥ 生物带电：自然界许多生物是带电的。如蜜蜂，脚毛采的花粉， 就是蜜蜂脚上带有6-7V的静电。电鳗能产生几百伏的电位，等
最典型静电起电模式
液体起电
气体、粉体起电
物 质 的 摩 擦 起 电 序 列
电子产品静电损害的失效机理
典 型 失 效 机 制 失效 几率
1. 热二次击穿：雪崩衰变
2. 金属导电层熔化
3. 介质击穿 4. 气体电弧放电 5. 表面击穿 6. 体击穿 突发性完全失效：立即丧失功能，占10％ 潜在性缓慢失效：可靠性低，寿命短，占90％
I-2 静电危害：ESD电磁干扰
特点：从低频到几个 GHz，宽频干扰源 主要放电形式： 1）ESD脉冲放电 2）电晕放电
在60～350km的电离层对地电位200～213kV。 3km高处～25 V/m;
晴天海平面的电场达120 V/m
b. 雷电：（大气闪电）是最具代表性的自然静电现象； c. 自然界的电解、气流、风沙、冰雪、烟尘等导致的静电。
d. 宇宙空间的静电（带电尘埃）
二、 静电起电
（1）产生方式分类
（2）工业静电
a. 纺织工业：例如，棉花电位－50V，人造丝－100V，尼龙+1050V。
b. 橡胶工业：合成橡胶表面电荷密度达710-6C/m2，电位250kV c. 印刷和造纸：纸－辊筒分离时，静电电位高达10～20kV；经过加光机后为
50kV；印刷时1kV；照像凹板印刷时，纸张带电密度10-8～-10C/m2。
三、静电效应与危害
- 静电效应 - 各种对象的危害
1、对人体的危害
2、对电子产品的危害
3、对通讯系统的危害
4、对火工品的危害
许多行业生产中都存在静电问题：
粉体输送：e.g.水泥、燃煤电厂 电力工业：火力电除尘、ESD干扰
电信、通讯：ESD电磁干扰
造纸、印刷、胶片生产：粘纸（片） 制膜工艺（吹膜、成膜）：无序成膜 烟花炮竹生产、储存、运输过程：燃爆 军工和国防：火工品、弹药、火箭、卫星，……
静电损伤的特点：
① 隐蔽性：人体不能直接感知静电，除非发生静电放电；即使发生静电放 电也不一定能有电击的感觉。（感知电压为2-3KV）。 ② 潜伏性：电子元器件受到静电损伤后性能没有明显的下降，但多次累加 放电会给器件造成内伤而形成隐患，而且增加了器件对静电的敏感 性。已产生的问题并无任何方法可治愈。 ③ 随机性：从一个元件生产后一直到它损坏以前所有的过程都受到静电的 威胁，而这些静电的产生也具有随机性。由于静电的产生和放电都 是瞬间发生的，及难预测和防护。 ④ 复杂性：静电放电损伤分板工作，因电子产品的精细，微小的结构特点 而费时、费事、费钱，要求较复杂的技术往往需要使用扫描电镜等 精密仪器，即使如此有些静电损伤现象也 难以与其他原因造成的 损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其它失效。 ⑤ 严重性：ESD问题表面上看来只影响了制成品的用家，但实际上亦影响 了各层次的制造商，如：保用费、维修及公司的声誉等等。
2、静电的特点
--相比工业电
1）起电方式
静电大部分是因接触分离、磨擦等过程引起的 工业用电：电磁感应原理（热电、水电、核电等） 2）能量比较小 静电能量最大不超过 45 J/m3，只有动电的约1/105
3）电压高、电流小
静电电位：高达几千伏～几万伏，电流10-9A量级 工业动电: 220V/380V，几十安培数量级 4）欧姆定律不适用静电