关于静电的标准及说明

静

电

的

标

准

EN 100015-1：Protection of ESD sensitive devices静电敏感器件的防护

NESS 099/56：ESD sensitive package requirements for components静电放电敏感元件的包装要求

IEC 61340-5-1：Protection of electronic devices from electrostatic phenomena电子设备防静电现象的保护

IEC 61340-4-1：Standard test methods for specific applications.Electrostatic behavior of floor coverings and installed floors.对于专门用途的标准试验方法，地板覆盖物和已装修地板的抗电性

对于气动元件和系统抗静电方面，还没有标准的测试方法。静电的标志见图a。

气动系统在正常工作环境内的静电抗电保护标准需参照EN100015-1

什

么

是

静

电

当你去摸一个物体时(该物体没有接入任何电源线路)，你会像触电一样被振一下，这是因为该物体有静电

产生静

电的

原因

所有的材料都是由原子组成的，原子是由核子(质子和中子)及围绕在其周围轨迹运动的电子所组成(见图b)。原子带正电荷，电子带负电荷。当原子和电子数量相等时，原子表现为中性(见图c)。通常质子和中子在核的内部位置是固定的，电子处在周围的轨道上。当一些电子吸得不够牢时，会从一个原子移到另一个原子上去，电子的移动破坏了原子和电子的平衡，使得有的原子带正电，有的原子带负电，这就产生了电流(见图d)

电子从一个物体移到另一个物体就是电荷分离。电荷分离意味着正电荷与负电荷之间的不平衡。这种不平衡就产生了静电。塑料、布料、干燥空气、玻璃是非导体，金属、潮湿空气为导体

静电产

生的条

件及

危害

摩擦两个物体(两个物体必须是由不同材质且必须是由绝缘材料组成)

摩擦越厉害，移动到另一个物体上的电子就越多，累积的电荷也就越高

气

动

回

路

中

的

静

电

空气中有多种不同的分子，而气管、阀、接头中始终有空气的流动。空气流动时，空气中的分子摩擦气管、阀内腔等。摩擦产生的电子从空气中转移到气管或阀上，结果产生了电荷分离。气流分子带负电荷最多可累积几千伏，这就是静电放电(ESD)(见图e)

每个静电电荷产生一个静电磁场。如果电磁场超过一定程度，周围空气就会变得离子化。含离子化的空气会导电，静电会迅速被放电至地面并发出闪光。这一闪光或火花可能会损坏芯片、电子设备或在某些危险环境中引起爆炸(见图f)

不同材料产生的静电及其测量方法

静电等级根据材料及相关质地、环境中空气相对湿度和接触程度不同，可产生不同的静电压，最多可产生3万伏静电(见下表)。对于未接地的ESD1级敏感设备，即使仅放10V的电，也能损坏设备。根据相关资料，早期在未认识静电产生的危害之前，接近50%的气动元件的损坏是由静电引起的

用户对抗静电产品的需求：希望改善产品质量；希望有一个安全的工作环境；希望在EX保护区域内保证安全措施；希望自己生产的机器能用在抗静电特性的生产车间；希望保证产品的质量，符合ISO9000

测量静电电荷量的仪器有电荷量表，测量静电电位可用静电电压表。测量材料特性有许多测量静电的仪表，如高阻计、电荷量表等

测量塑料、橡胶、防静电地板(面)、地毯等材料的防静电性能时，通常用电阻、电阻率、体积电阻率、表面电阻率、电荷(或电压)半衰期、静电电容、介电常数等，其中最常用、最可靠的是电阻及电阻率

防

止

静

电

的

措

施

(1)排除不必要的会产生静电电荷的因素

— 移走已知会产生电荷的不必要的材料

— 采用抗静电的材料，表面的电阻应小于10⁶Ω

(2)接地

— 只适用于导体

— 将所有的导体结合在一起，统一接地

— 静电接地意味着导体材料与地面相接触，电阻应小于10⁶Ω或者放电常量应小于10^-2s

(3)屏蔽

— 防止敏感的设备放电或者与放电的物体相接触

— 通过法拉第笼实现屏蔽

(4)中和(如果接地方式对非导体无效，可通过离子化中和方式)

— 非导体中和是放在相反极性电荷的环境下，这种中和方式是有一个带离子的介质，该介质能交替产生正负电荷

— 最理想的情况是能提高空气中的相对湿度

(5)抗静电材料

能够有效地阻止静电荷在自身及与其接触材料上积累的材料

有三种不同类型：①通过抗静电剂表面处理；②合成时混入抗静电剂在表面形成抗静电膜的材料；③本身就有抗静电性的材料

绝缘材料与其他材料相接触会产生静电，这是因为物体接触时，会发生电荷(电子或分子离子)的迁移，抗静电材料能够让这种电荷的迁移最小化。由于摩擦起电取决于相互作用的两种物质或物体，所以单独说某种材料是抗静电的并不准确。准确的说法应该是，该种材料对另一种材料来讲是抗静电的。这里所指其他材料既有绝缘材料(如印刷线路板PWB、环氧树脂基材)，也有导电材料(如PWB上的铜带)。它们在某些过程及取放过程中都可能带电

大多数制造厂商指的抗静电材料是对生产过程中的多数材料特性具有抗静电性能的材料，因此才被称为抗静电材料

常用的抗静电剂能够减少许多材料的静电，因此应用广泛。它们一般是溶剂或载体溶液混入抗静电表面活性剂，如由季铵化合物、胺类、乙二醇、月桂酸氨基化合物等制成。使用抗静电剂能够在材料之间形成一层主导材料表面特性的薄膜。这些抗静电剂都是表面活性剂，其减少摩擦电压的机理还不得而知。然而，研究发现，这些表面活性剂都具有吸收水分子的特性，它们能够促使材料表面吸收水分。实际应用同样也是，抗静电剂的效果受环境湿度的影响很大。此外，抗静电剂也可减少摩擦力，有利于减少摩擦电压

因为抗静电剂具有一定的导电性能，所以在适当湿度的条件下，它们能够通过耗散来泄放静电。在实际当中，后一种特性可能更容易得到重视，因而它也就成为评估抗静电材料的最主要的指标。但还需要强调的是，抗静电材料更重要的功能应当是其在没有接地的状态下减少静电产生的功能，而不是导电性

(6)静电耗散材料

用于减缓带电器件模型(CDM)下快速放电的材料。不同的行业对其表面电阻有不同规定，如按照静电协会(ESDA)和电子工业联合会(EIA)的定义，其表面电阻率在10⁵~10¹²Ω/sq之间。静电耗散材料具有相似的体积电阻或用导电材料覆盖，如用于工作台的台垫等。耗散材料在接触带电器件时，能够使放电的电流得到限制。除表面电阻率之外，静电耗散材料另一个重要特性是其将静电荷从物体上泄放的能力，而描述这一特性的技术指标是静电衰减率。按照孤立导体静电衰减模型，静电衰减周期与其泄放电路的电阻与电容乘积(RC)成指数关系

研究静电泄放能力，典型的假设是，在特定的时间内，如2s内，将静电电压衰减到一个特定的百分比，如1%。对一个盛放PWB的周转箱来说，其电容大约为50pF

此外，对静电耗散材料来说，相对湿度也是重要的因素，在静电衰减测试当中要予以控制和记录

(7)导静电材料

按照定义，是指表面电阻率小于10²Ω/sq的材料，它们通常被用于同电位器件间分流连接，在某些时候，它们还被用于区域的静电场屏蔽

抗静电材料可以将导静电材料或静电耗散材料上的静电转移到自身的表面。它通常用于分流目的，将器件的引脚连接到一起以保证引脚之间的电位相同。要想达到分流的目的，须保证两点：第一，在快速放电中保持等电位，这一限制与材料的电感有关；第二，分流必须让器件引脚闭合。许多静电放电，特别是带电器件模型(CDM)下的放电，放电的时间只有1ns，如果分流用物体距离器件几英寸远，此时器件引脚上的ESD会在电流流过分流导电材料形成的等电位连接之前就损伤了器件

在对这三种材料的理解上容易有一些误区，比如，许多材料既是抗静电材料又是静电耗散材料，很多时候导电材料与一些绝缘材料也会产生静电，但这些材料不能视为抗静电材料

要清楚材料的区别，懂得它们在什么情况下应用，对于实施和保持有效的ESD控制体系非常关键，同时也是正确评价防静电材料供应商产品有效性的关键因素。这些材料特性不能对正常的生产过程造成影响。此外，耐磨损性、热稳定性、污染的影响以及其他很多特性也应当成为评价材料特性时需要考虑的因素

小

结

为了确保产品质量，必须要防止静电。迄今还没有一种可靠的技术能够消除静电放电所造成的损坏。有的日本公司开发了静电消除器，在接受到外置传感器信号后，向放电物体持续发射出带相反极性的离子，以此消除静电。标准的管子和接头是产生静电的最主要的根源。在ESD保护区域内，必须要使用防静电材料做的气动元件，主要是针对气管和接头

所以在空气流动过程中的阀、气管、接头和气缸必须是抗静电材料做成的，这个是强制规定的。金属制成的气缸和阀可通过电缆接地。在气源处理单元内，凡气流流过的部件都由金属制成