-
（一）静电的基本概念
一．静电及其与工业用电的区别
1
．定义：
静电并不是静止不动的电，
而是指电荷在空间稍为缓慢移动，
其
磁场效应比
起电场的作用可以忽略的电。
由于电荷和电场存在而
产生的一切现象均称为静电
现象。
2
．静电与工业用电的区别：
从电的本质及一般所具有的特性、规律来看，静电与工业用电是一样的，但
二者具有明显的区别。
（
1
）起电方式不同
一般工业用电是由电磁感
应原理产生，而静电，除静电技术应用和少数情况
例外，大量的是因接触、摩擦、分离而
起电的。
（
2
）能量相差很大
3
静电在空间积蓄
的能量密度
（
1/2
ε
0
E
2
）
一般最大不超过
45
焦耳
/
米
（
J/m
3
）
，
而电磁机器空间积蓄的能量密度
（
1/2
μ
0
H
2
）
却很容易达到<
/p>
10
6
焦耳
/<
/p>
米
3
（
J/m<
/p>
3
）
，
5
二者能量相差可达
10
倍。
< br>
（
3
）表现形式不同
静电电位往往高达几千伏，甚至几万伏，而工业用电常用相电压
220
伏，线
电压
3
80
伏。静电电流很小，常为毫微安（
10
-9
A
）数量级，工业用电则常用安
培（
A
）
，几十安培（
A
）数量级。
（
4
）欧姆定律的适用性不同
< br>工业用电的电路是符合欧姆定律，即
R=V/I
，然而静
电释放电路则很难适用
欧姆定律，
因为静电的泄漏和释放的途径
，
除物体内部和表面外，
还可以向空间
释放泄漏，故无法准确计测静电泄漏电流和泄漏电阻。
二．静电分类和摩擦带电机理
1
．静电的分类
（
1
）按起电的方式分：
①
接触摩擦分离起电
两种不同的物体相
互接触摩擦分离，各自产生数量相同，极性相反的电荷，
此类起电方式大量出现在各行各
业和日常生活中。
②
静电感应起电
当一个中性物体靠近带
电体，或带电体移近一个中性物体时，由于带电物体
电场作用，这中性物体在靠近带电物
体的一端出现带电物体电荷极性相反的电
荷，
而远离的一端出现
与带电物体所带电荷极性相同的电荷。
这类起电方式也是
大量存
在的。
③
电磁感应起电
现代工业和日常生活中
用的动力电、照明电等都是利用电磁感应发电原理起
1
电的。
静电技术应用也都是利用电磁感应发电原理的低压电变换成高
压电的新技
术应用。
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
起电。
⑤
物质三态变化起电
水是良导体，而冰
是带电的，液态水变成水蒸汽
—
气态、水蒸汽是带电。
水蒸汽上升遇冷凝结成水珠、雪或冰雹等，也是带电的。
⑥
分子分裂起电
物体的变形、破碎、断裂等都会使其中性分子分裂而带电，甚至突然断裂、
破碎的瞬间出现放电火星。
⑦
极化起电
在电场中，一些不带电的电介质的正负偶极子电荷，在电场力的作用下，会
相互向反方向微小的变位，
而对多数极化性分子来说，
其偶极子会定向排列，
因
此，出现一端为负电性，另一端成为
正电性，通称为介电极化。
一些电介质当施加一定压力后，会
发生电极化，当施加电场会发生偶极距倾
斜，前者为压电效应，后者为压电热效应，通称
为压电极化。
而一些介质在外电场不存在的情况下，将永久地
保存着电极化，会在周围形
成电场，
这样的物体叫驻极体。驻极
体由制取方法不同，又有热驻极体、
电驻极
体、光驻极体、放射
性驻极体和电磁驻极体等等。
⑧
场致发射起电
粒子在任意电场中，
会变为一个电偶极子，
若
电场强度很高，
粒子中的电子
可能被高电场作用从负端引出，<
/p>
称电子场致发射，
或者粒子中的正离子可能被从
< br>正端引出，称正端子场致发射。
籍此种方法能在短时间
获得大量电子，利用电子场致发射的脉冲系统作为
X-
射线的短
脉冲，以及高速射影中曝光。
（<
/p>
2
）按带电体分类
①
固体带电：塑料、橡胶、胶片、纸张、薄膜、布匹、化纤等在挤出、脱模、
烘压、辊压
、刮胶、收卷、传送、切割等作业生产过程的带电现象。
②
液体带电：各种绝缘油品、绝缘试
剂、污油水等在装卸、喷出、搅拌、清
洗、运输作业过程中的带电现象。
③
气体带电：压力气体的排放、泄喷的气体、水蒸汽喷出、蒸汽雾云、管道
中
流动中气体的带电。
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、筛分，气流输送等作业的带电。
⑤
人体带电
人体生理变化或运动，
身体各器官组织也在表现出电性，
如人体细脆膜的静
止电位约有
100mv
。
⑥
生物带电
自然界许多生物是带电。<
/p>
如蜜蜂脚上带有
6
～
7V
的静电，
将花粉吸住。
海里<
/p>
2
还有一种带电的电鱼，
这种电鱼能产生几百伏的电位，
而它的发电器官只有数微
< br>米大小的细胞。听说非洲还有一种电树。
（
3
）按电荷性质分类
单极性电荷、双极性电荷、正电荷、负电荷
2
．摩擦带电机理
< br>工业生产和日常生活中，
到处存在摩擦带电现象，
然而两
种物体摩擦如何起电，
有必要作一简明、扼要、通俗叙述。
<
/p>
（
1
）带电的三个过程：
任何物体摩擦带电都脱离不了这三个过程
①
接触
——
电荷转移
两种物体接触，界面间距达到
10
-8
cm
（即：埃）数量级时，就会发生两物体间
的电荷转
移，在界面形成所谓的“双电层”
，在液体中有形成“电偶离子层”之说。
这“双电层”或“电偶离子层”的厚薄大小是随材料电阻率而异，电阻率较小的油
液，
因电传导大，
电偶离子层被缩到距管壁约
10
-8
cm
的范围，
而对于电阻率大的油
液，可以扩散到距离固体面约数毫米的液体内部
。
②
摩擦
——
起电
两种物体接触，形成“双电层”
< br>，或“电偶离子层”后，由于摩擦、机械力等
作用，将扩散的一部分电子或离子，
从“双电层”或“电偶离子层”中剥离出来，
随固体带走，或随液体一起流走，
电荷平衡受到破坏，
这样，摩擦的双方将各自带
上极性相反的电荷。
③
分离
——
电荷积累、呈带电状态
< br>
分离时，极性相反的电荷会相互吸引、再
结合、进行中和，另外，产生的电
荷会从物体的表面，体内或空间泄漏、
消散。
对于一些物质这样中和、泄漏是很快
的，而有的
物质却很慢，
造成电荷过剩，
当产生的电荷比泄漏中和的电荷多
，就会
引起电荷的积累，形成带电。电荷积累持续时间，取决于物体的性质和环境条件，
如不同的油液静电消散时间
1/1000S
至几
h
。
（
2
）静电
带电的本质
物体摩
擦带电的本质是少量杂质的作用。
严格说，
纯净的物质是不会产
生静电
的，更谈不上带电了。而物质含杂质很多，即使产生静电也会很快中和或消散掉，
呈不带电状态。
唯独含少量杂质的物质摩擦起电大，
也不易中和泄漏，
而积累起来，
成为带电的物体。
国外许多资料报导，物质的电阻率在
10
10
< br>～
10
15
Ω
< br>·
cm
范围容易
产生静电，也不
易泄漏。
溶剂，
油品在管道中流动产
生静电，
必要条件是其内部要有一定的离子，
如乙
醚有微弱的电离性，易于产生静电。
然而象苯、
汽油
、航空煤油等一些轻质油品都
是不电离的，
但也能产生很强的静
电，
就是这些油品内含有少量杂质的缘故，
这一
点许多行业的静电测量和研究中，已为大家所证实。又如聚乙烯，
聚氯乙烯，聚
苯
乙烯，聚四氟乙烯，聚丙烯，塞璐珞等塑料，其
ρ
V
均在
10
10
～
10
15
Ω
·
cm
范围，易
带静电
。
3
从
这一机理出发，
便可想而知，
油中混入少量的水，
粉体带有少量的可燃性液
滴，
可燃性气体中混入少量
的粉尘等等，
都极易产生危险性的带电，
如国外有资料
说，轻油中含有
6%
的水，静电发生量将增大<
/p>
20
倍。
三、材料的划分和带电系列表：
1
．材料的划分
从静电角度说，
一般按各物质的所具有的导电性
（或电阻率
大小）
，
有以下两
种划分方法：
（
1
）静电导体、
静电亚导体和静电非导体
静电导体：
在任何条件下，
体电阻率等于或小于
10
6
Ω
·
m
（
即导电率等于或
大于
10
-6
S/m
）的物料及表面电阻率等于或小于
10<
/p>
7
Ω
的固体表面。
静电非导体：在任何条件下，体电阻率等于或大于
10
10
Ω
·
m
（即导电率等于
或小于
10
< br>-10
S/m
）的物料及表面电阻率等于或小于
10
11
Ω
的固体表面
。
静电亚导体：介于二者之间。
（
2
）静电
导电型材料、静电耗散型材料、静电屏蔽材料和不易带电型材料
导静电型材料：
①
表面电阻率小于
1
×
10
5
Ω
或体积电阻率小于
1
×
10
4
Ω<
/p>
·
cm
的材料（
YD/T
754-1995
）
②
该材料表面电阻、体积电阻应小于
1
×
10
6
Ω
（
SJ/T 31469-2002
）
静电耗散型材料：
③
表面电阻率大于
< br>1
×
10
5
Ω
和小于或等于
1
×
10
12
Ω
，或体积电阻率
大于
1
×
10
4
Ω
·
cm
或
等于
1
×
10
11
Ω
·
cm
的材料（
YD/T
754-1995
）
④
该
材
料
表
面
电
阻
、
体
积
电
阻
应
在
< br>1
×
10
6
Ω
～
1
×
10
10
Ω
之
间
（
SJ/T
31469-2002
）
屏蔽材料：电阻率很低的导电体，表面电阻率≤
10
2
Ω
，一般摩擦不起静电。
不易产生静电材料，摩擦起电电压小于或等于
2KV
< br>的材料。
（
3
）导静电地板、静电耗散地板和不易产生静电地板
导静电地板（
ECF
）
：电阻
2.5
×
10
4
Ω
～
1
×
10
6
Ω
；
耗散地板（
DIF
）
：电阻
1
×
10
6
Ω
～
1
×
10
9
Ω
；
不易产生静电的地
板（
ASF
）
：摩擦起电应小于
2KV
。
2
．带电系列表
二种材料摩擦带电，
必然是一种材料带正电，
另一种材料带
负电，
而带电量大
小，则取决于二种材料的性质、
摩擦力大小、
分离速度、表面粗糙度以及周围环境
状
况而异。下表的带电系列揭示的二个规律：
（
+
）正极性
人
手
石
棉
铅
棉
纱
真
丝
镉
铬
纸
银
硫
磺
黑橡胶
丙烯腈混纺品
4
玻
璃
兔
毛
毛
发
云
母
尼
龙
羊
毛
皮
毛
人造丝
粘胶丝
皮
肤
酪
素
醋酸酯
铝
锌
黑硬橡胶
麻
铁
铜
镍
黄铜
铂
维尼龙
聚苯乙烯
腈
纶
沙兰树脂
聚脂树脂
碳化钙
聚乙烯、聚氨酯
赛路路
玻璃纸、聚炳烯、聚氨乙烯
聚四氟乙烯
负极性（
-
）
（
1
）
二种材料摩擦带电，
处于表中前面的材料带正电，
< br>处于表中后面的材料带
负电。
（
2
）二种材料摩擦带电，处于表中相对位置错开越多，带电便
越显著。
四、
ESDS
元器件、组件和设备的分级
1
级：易遭受
0-1999V
ESD
电压危害的电子产品；
2
级：易遭受
2000-3999V
ESD
电压危害的电子产品；
3
级：易遭受
4000-15999V
ESD
电压危害的电子产品。
对大于
16000V
ESD
电压危害电子产品，则认为是非静电敏感产品。列于
ESDS
产品的还包括所有安装
ESDS
元器件的印刷电
路板，
高于
1GHz
频率工作的半导体
器
件及微型计算机控制装置。
五、术语（英文缩写注解）
1
）
ESD
（
Electrostatic
Discharge
）静电放电
2
）
EMC (Electro-Magnetic
Compatibility)
电磁兼容
3
）
ESDS
(Electrostatic Discharge
sensitive)
静电放电敏感（的）
4
）
ESSD
(Electrostatic Sensitive
Device)
静电敏感器件
5
）
EPA (Electrostatic
Discharge Protective
area)
防静电工作区
6
）
EBP (Earth Bonding
Point)
接地连接点
7
）
IC (Integrated
Circuit)
集成电路
8
）
MOS (Metal oxidation Semic
onductor)
金属
-
氧化物
-
半导体
9
）
CMOS (Complementary Mos)
互补金属
-
氧化物
-
半导体
10
）
HMOS (High Density Mos)
高密度金属
-
氧化物
-
半导体
11)PMOS
(P-channel Mos)P
沟道金属
-
氧化物
-
半导体
12)NMOS (N-channel Mos)N
沟
道金属
-
氧化物
-
半导体
13)VMOS (Vertical M
os)
垂直槽金属
-
氧化物
-
半导体
14)MIS (Medium Scale
Integration)
中规模集成电路
15)LSI (large Scale
Integration)
大规模集成
16)VLSI (Very Large
SI)
超大规模集成
17)VHSI(Very large Speed
Integration)
超高速集成
5
六、常用有机化工材料缩写字
PE
聚乙烯
HDPE
高密度聚乙烯
LDPE
低密度聚乙烯
PP
聚丙烯
PVC
聚氯乙烯
PVAC
聚乙酸乙烯酯
PS
聚苯乙烯
PET
季戊四醇（聚酯）
PMMA
聚甲荃丙烯酸甲酯
ER
环氧树脂
PA6
尼龙
PC
聚碳酸酯
PU
聚氨脂
ABS
工程塑料
HIPS
耐冲击性聚苯乙烯
（二）电子工业静电危害
一．电子行业生产中的静电
1<
/p>
．半导体
IC
生产线的静电。
①
穿着尼龙衣、塑料基底鞋缓慢在清洁地板上走动，人身会带
7KV-8KV<
/p>
电压。
②
玻璃纤维制成的晶体载料盒滑过聚
丙烯桌面时，易产生
10KV
静电。
③
晶片
装配线：晶片
5KV
，晶片装料盒
35
KV
，工作服
10KV
，桌面
10KV
，有机
玻璃盖
8KV
，石英晶体
1.5KV
，晶片托
盘
6KV
。
④
光刻间塑料地面
< br>500V-1000V
，扩散间塑料地面
500V-15
00V
，瓷砖地面也是
500V-1500V
< br>，
塑料墙纸
700V
，
塑料顶棚
0-1000V
，
铝板送风口，
回风口
500V-1000V
，
金属活动皮革椅面
500V-3000V
。
⑤
修理电路板用的吸锡器，使用时新
的吸锡器可产生
50000V
，旧的可产生小
< br>于
1000V
。
2
．
TFT-
LCD
生产流程中的静电
（
1
）
程
序
光刻胶层
Resisc
Coater
提
升
器
Stepper
显
影
蚀
刻
湿
洗
薄片分层
CVD
测
量
点
有载基板架
热玻璃
无载基板架
有载基板架
无载基板架
有载基板架
无载基板架
有载基板架
无载基板架
有载基板架
无载基板架
有载基板架
无载基板架
静电电位（
V
）
＋
3000
-6000 --
-4000
-5000
-4000
-16000
-14000
-6000
＋
3000 --
＋
5000
-2000 --
-4000
＋
2000
-19000
-1000
＋
10000
（
2
）
玻
璃
块
之
位
置
在装载基板架上的玻璃块
涂表层前的玻璃块
静
电
电
场
Kv/m
-152
0
—
- 40
6
涂表层后的玻璃块
预烘的玻璃块
排列后的玻璃块
在机械手上的玻璃块
在下载带上的玻璃块
在有离子消电器系统的下载卡带上的玻璃块
＋
160
-120
-20
-8
-656
-4
3
．工作实验室中产生静电典型例
表：
典型静电电压
V
静
电
产
生
的
方
法
在地毯上走动
在乙烯基地板上走动
工作人员在工作台上操作
包工作说明书的乙烯封皮
从工作台上拾起普通聚乙烯袋
坐垫有聚氨酯泡沫材料的工作椅
静
电
电
压
相对湿度
相对湿度
10%--20%
65%--90%
35000
1500
12000
250
6000
100
7000
600
20000
1200
18000
1500
二．电子工业的静电危害
1
．
静电危害的一般特点
（
1
）库仑力的危害；
（
2
）静电放电的危害：
①
电击；②
绝缘击穿，产品报废；③
干扰误动作；④
爆炸火灾。
（
3
）静电感应的危害。
2
．
静电危害表现：
（
1
）静电库仑力的危害：
吸上粉尘、污物，带给元器件，增大泄漏或造成短路，使性能受损，成品
率大大下降。这种情形多发生在外延、氧化、腐蚀、清洗、光刻、点焊和封装
等工艺过程中。实例：
①
如半导体的光刻对尘埃特别敏感，
在曝光工序时，
无论是在晶片上还是在
防护罩上的任何级别的尘埃都能引起管芯图形的失效。
②
外延生产工序中，晶片表面沾染尘
埃，其后果可能是工序生长率的偏离、
不完美，晶粒的生长或晶体结构错位。
③
MOS
和
EPROM
器件栅极氧化工序中，
由于尘埃的沾
染使器件的成品率和可
靠性大受影响。
氧化层是一种由硅和氧原
子的无规则网结成的玻璃多晶体形状，
任何尘埃的污染可能破坏这无规则结构，或破裂栅
极氧化层，使其器件因
ESD
失效更敏感。
（
2
）静电放电引起的危害：
7
如有数千、数万伏的高电位物体发生脉冲刷形放电或火花放电时，瞬间会有
< br>很高的放电电流流过，
若人体带上
10KV
（
100pF
）的电荷，其放电电流流向大地时
是形成瞬间脉冲电流峰值为
20A
，造成可
观的影响，静电放电（
ESD
）还伴随着电
磁波发射，会引起种种危害。实例：
①
MOS IC
、
< br>EPROM
等半导体器件将被静电放电（
ESD
）击穿或半击穿
MOS
场效应管其栅极是硅氧化膜引出，
栅极与衬底间是隔着一层氧化膜，
< br>当
栅极与衬底间的电压超过一定值，氧化膜便被击穿，如果是
MOS IC
，则全部报废
了。当
SiO
2
耐压场强
E=
（
5
～
10
< br>）
·
10
6
V/cm
，
SiO
2
膜厚
1000-2000
?
之间时（取
D=1000
?
）
，其施加电压大于
U
B
=50-100V
氧化膜便会被击穿。栅极电容很小（约几
个<
/p>
PF
）
，输入阻抗很高（约
10
14
Ω
以上）
，这样，少量的电荷就会产生很高电压，
电荷也很难泄漏，只要大于
50V
（无保护）就会烧毁，所以，只要人手一摸栅极，
元件就坏了，因为人带电超过
50V
是平常事。<
/p>
②
半导体
P-n
结，
P-i-n
结和肖特基势垒结，对
ESD
的敏感性取决于几何图
形、尺寸、电阻率、杂质、结电容、热阻、反向漏电流和
反向击穿电压。如双极
型晶体管中的发射结比集电结，或集电极—发射极更容易受
ESD
损害，是因发射
结的尺寸和几何结构比
较小；具有高阻抗栅极的结型场效应管对
ESD
特别敏感，
是因为其具有小于
1nA
的栅漏、栅源的低
漏电流，大于
5OV
高击穿电压。而肖特
基势垒二极管和
TTL
肖特基集成电路对
ESD
也特别敏感，是因为它属于浅结，能
够使金属通过此
种结而渗透。
③
薄膜电阻器对
ESD
的敏感取决于电阻器材的成分，配方和电阻器的功率，
其后果是造成电阻值的变化，含膜的电阻对
ESD
特别敏感，
经常发生
ESD
问题的
是
0.05w
金属膜电阻。
④
组装中要损坏器件，或造成电子仪器设备故障或误动作
A
．静电放电损坏元器件使整块印刷电路板失去作用，造成经济损失；
B
．静电放电的噪声引起机器设备的
误动作或故障
—
间接放电影响，电容放
电测得结果，除产生瞬间脉冲大电流外，还会产生跨越数兆赫兹，甚至数百赫兹
的强大噪
声。
近年来，
静电放电噪声引起计算机误动作的基础研究取得很
大进展。
C
．放电时产生的电磁波进
入接收机后，会产生杂音，干扰信号，从而降低
信息质量，或引起信息误码差。
（
3
）静电感应的危害
受静电感应的物体与带电体完全
等价，并有静电力学现象和放电现象的发
生，
如果感应物体的电
阻是较小的良导体时，
还会发生火花放电造成危害。
实例：
①
生产操作的车间里
<
/p>
高电压设备、线路附近，人员在操作焊接、摆弄
MOS
器件或
MOS
IC
时，由
于
静电感应，极易引起人体对器件的静电放电，从而损环器件。
②
管道输送的空调气流（离子流）
，对人体吹风时相当于充电，当带电人体
接触敏感器件，静电放电会击穿损坏器件。
<
/p>
归纳起来，静电引起的现象足以造成电子器件和电子仪器设备性能失调，其
对电子器件设备危害的状况见下表所示。
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