静电的产生与消除讲课讲稿.docx
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静电的产生与消除讲课讲稿
静电的产生与消除
基础知识篇
1．何谓静电
l-1何时会产生静电?
大家都很熟悉，当两个物体摩擦时，便会产生静电。
一般来说，静电会正当两个物体的接触与分离（剥离）、摩擦、物体的变形、及离子附着等情况下产生。
（1）脱毛衣时
（2）物体摩擦时
（3）剥开相接触的物品时
（4）气体或液体在管内流动时
在制造工厂的现场中，因反复进行摩擦及剥离的次数之多，经常会产生一般生活所难以想象的大量静电。
1-2人体带电与电击之间的关系
人体带电量
（kV）
电击的程度
下车时，感到触电，便有3KV!
1.0
完全没感觉
3.0
感到刺痛
5.0
于掌，甚至手腕感到发麻
7.0
手掌感到强烈的疼痛，同时也觉得麻痹
10.0
整个手都觉得痛，并且感到触电
12.0
感觉到整个子受到强烈的冲击
1-3．静电造成的问题案例
在制造现场中，由于静电的缘故，造成机械停机、生产出不；良产品等故障情形。
在此，实际介绍一些静电造成的事故案例。
吸附失误的多张运送
零件进抖器阻塞
成型品的排出失误、脱模失败
造成工作人员不适
薄膜的卷起或卷取不良
因为异物附着造成的涂装不均匀
2．何谓除电?
除电是怎幺一回事?
所渭除电，足将物体表山因磨擦等方式而累积的静电（+，-），转变成0V状态。
静电对策会依带电物体的不同，而有不同的方法。
采取错误的对策时，有时非但没有除电效果，反而会造成反带电。
在下一章，将介绍依不同带电物而提出的除电政策。
2-1．导体的除静电对策
仅需接地即可简单方法!
!
铝、铁等的金属物（导体）带电时，只需进行接地，便能使带电量变为0V。
金属滚轮 0V
接地线
2-2．绝缘体的除静电对策
使用导电性高的物质时（导电化）.即使接地也无法去除静电的绝缘体（树脂的成型品或橡胶等），在进行除电时，采用“导电化”的方法。
本法可以分成两种，一是在产品或材料本身，混合导电性材料（石墨或金属粉等）：
第二种方法是在表面涂上一层耐电防止剂。
[对策例]
导电化
导电性塑料
导电性橡胶薄膜
带电防止喷剂
采用除电刷、除电带的静电对策（自我放电式）
除电刷及除屯带直接与接地线连接，利用对象物的静电力来进行除电。
由于不需要使用电源，因此是一种安装简便的对策。
除电刷及带电构造
接地线
3．除电刷及除电带的除电原理
3-1原理
1）当除电刷靠近带电物时，藉由静电诱导，除电刷的纤维尖端，会聚集与带电物极性相反的电荷。
*电荷量与带电物的带电量成正比。
2）聚集的电荷在达到某一程度的电量时，会发生电晕放电，产生与聚集的电荷相同极性的离子。
3）产生等离子，由于具有与带电物相反的极性，因此会被带电物表面的静电所吸引。
4）产生等离子与静电进行电力中和。
藉由此现象，便可去除工作物表面的静电。
3-2除电刷及除电带的优缺点
虽然除电刷及除电带，系属价格低廉的除电器，可是其除电性能在原理上，受到带电物电位相当程度的影响，冈此当带电量偏低时，便无法进行除电。
（很难进行3kV以下的除电）。
小常识1
小常识2
何谓静电诱导?
当导体接近带电物体时，导体内部的电子会产生移动，该导体面向带电物的表面，会带有与带电物相反极性的电荷。
称此一现象为“静电诱导”。
何谓电晕放电?
这是在尖端等局部施加高压电时发生的现象，系指对地面放电的现象。
高压电
4．静电消除器的动作原理
4-1静电消除器的动作原理
静电消除器，系将高压电施加在针状的电极，藉由电极与接地面间的电晕放电，产生离子，利用该离子，对带电物对象进行除电。
*除电原理
对于空间静电的消除，静电消除设备的原理是利用变压器升高电压，产生正负离子，中和空间的正电荷或负电荷，从而消除静电。
有人可能会问：
如果空间的静电是正电荷引致，中和的只是负离子，而消除器本身产生的正离子怎么办？
反之亦然，怎样消除呢？
电里面也是有正负大家都知道，问题是正负电荷是不相等的，故此才显示电性。
而消除器本身正半周和负半周产生的正负离子是几乎相等的，打个比方，如果空间有10个单位正电荷，4个单位负电荷，故产生6个单位的正静电。
若要消除这6个单位的正静电，消除必须产生6个单位的正负离子，用了6个单位的负离子消除正静电，哪剩下的6个单位的正离子怎么办？
！
这似乎是个问题，但是不要忘了，中和设备产生的正负离子是持续的，中和一方面是中和环境中的正负离子，还有一个方面是平衡环境中的正负离子数量。
用大量的正负离子来平衡环境中的正负离子数量，相当于6与6/1000000000000（或更大）相比，使单位体积内所积聚的电荷（或说正离子）的数量变得很少，从而使静电电压变小。
这是一个动态的过程
4-2静电消除器的构造
静电消除器依电极针的电压施加方式，分成AC式及DC式2种。
AC式的静电消除器
DC式的静电消除器
4-3．静电消除器的除电性能
4-3-1除电时间
需要多少的时间来中和（0V）带电物体的带电压，是除电性能的第一项指针，除电时间愈短，代表是除电性能愈佳的除电器。
4-3-2离子平衡
让电极针尖端上的正离子及负离子维持平衡，是除电性能的第2项指针。
离子平衡的好坏，代表对象物保持的0V状态的好坏程度。
4-4．不同方式之静电消除器的优缺点
4-4-1DC式的静电消除器
原理:
在正或负的专用电极针施加直流高压电，使电极针产生正离子或负离子
特征：
由于可连续产生正离子或负离子，因此
1）产生的离子量多一优点
2）除电时间短一优点
3）有时会带逆电（离子平衡不佳）一缺点
除电的情形
Step1
Step2
Step3
由于带正电，
吸引了负离子。
（进行3个负离子的中和）
在此步骤中，
进行1个负离子的中和。
对象物变成0V后，
由于继续供应负离子，
因此变成带负电
DC式虽可在短时间内除电，但离子平衡不佳.
4-4-2AC式的除电器
原理：
对电极针施加交流电压，由电极针交互产生正负离子。
<交流电压与正负离子产生的情况>
一般使用50Hz或60Hz的交流电源，使正负离子以50Hz或60Hz的频率交互产生。
当在电极针施加足以使离子产生的±3kV以上电压时，会依电压的极性，产生相反极性的离子。
特征：
因交互产生正负离子
1）离子平衡佳一优点
2）进行除电时，无需顾及带电物的极性一优点
3）离子的产生量少一缺点
Step1
Step2
Step3
排斥正离子，
吸引负离子.
（进行2个负离子的除电）
在此步骤中，
进行1个负离子的除电。
在此步骤中，
进行1个负离子的除电。
AC式，虽然所需除电时间较长,但可使离子保持平衡.
4-4-4KEYENCE的静电消除器
KEYENCE依照用途，备有3种静电消除器。
*离子平衡之相关信息于基础篇中加以说明
5.施加电压的方式
5-1风扇式的静电消除器（SJ-F系列）
（1）何谓PULSEDC式?
PULSEDC式包括产生正离子的电极针及产生负离子的电极针。
对电极针交互施加高电压，交互产生正负离子。
（2）与以往的风扇式（AC式）之间的差异
PULSEDC式，相较于以往的AC式，多出斜线部份的离子量。
因此解决了AC式静电消除器“速度慢”的弱点。
由于交互产生正负离子，离子平衡效果极佳。
5-2可延长式静电消除器（SJ-B系列）
1）何谓PULSEAC式?
ULSEAC式?
为单—电极针，交互施加正负高电压，因而交互产生正负离子的—种方式（与可延长式Dc方式之间的差异，在于仅由1支电极针，产生正负离子），
近距离用途以AC式为主流，而中长距离用途，则以DC方式或PULSEDC方式为主。
（2）与近距离用途（AC式）之间的差异
如同风扇式静电消除恭一般，相较于以往的AC式
多出斜线部份的离子量，因此“除电速度”加快。
因交互产生正负离子，故离子平衡效果极佳。
（3）与中长距离用途（DC、PULSEDC型）之间的差异
中长距离用途的除电器，其施加电压的方式分成DC式及PULSEDC式两种。
两者的共同点是，由不同的电极针产生正负离子。
DC式时，如上述一般，同时会产生正负离子。
由于分别具有正负离子用的各别电极针，会在除电杆上，产生正负离子的干扰（正离子空间及负离子空间），无法取得离子平衡。
SJ-B系列，由于采用PULSEAC式。
由1支电极针产生正负离子，因此在除电杆不会产生离子干扰。
相较于以往的型式，具有极佳的离子平衡.
6.异物附着
以前，要去除附着在工件上的异物时，最简单的方法就是利用空气枪的压缩空气将异物吹掉。
6-1传统式的附着异物防止对策
虽然这种方法，能有效去除可用肉眼看到的较大型异物，不过却具有以下的问题：
<问题点>
．压缩空气与目标物摩擦后会产生静电。
．压缩空气与异物、尘埃摩擦后，会产生静电。
· 异物、尘埃从目标物剥离时，会产生静电。
．会卷起周围环境的异物与尘埃。
由于会引起上述的问题，因此反而会附着更多的异物与尘埃。
（尤其是无法用肉眼看到的小型异物与灰尘）
6-2静电与附着异物的关系
当物体靠近带电物后，就会如同磁铁的N极与S极一样，会引起异性相吸、同性相斥的作用，这种力量就称之为[库伦（coulomb）力]。
以[附着异物]的观点来考虑时，这种[库伦力]是一种非常麻烦的问题。
6-2-1金属体上附着异物
如左图所示，当+极上的带电异物接近金属体后，金属体内会引起[静电电感]，而一极电子会聚集在金属体的表面上。
因此，金属体与异物之间就会产生[库伦力]的作用，而造成异物附着在金属体上。
即使将金属体做成接地状态，一旦异物本身属于带电状态，就会因引起[静电电感]而附着异物。
总之，倘若不消除异物本身的静电，就无法期待能发挥效果。
金属体上附着异物--消除异物本身的静电，就能发挥极大的效果
6-2-2绝缘体上附着异物
当目标物与异物皆处于带电状态时，就会如同磁铁的N极与S极一样，会产生相吸的作用。
此时，最好的方法就是消除目标物与异物间的静电，然而即使只消除任一方的静电（实际上要去除异物本身的静电较为困难，因此选择消除目标物的静电）都可能发挥成效。
绝缘体上附着异物--只要消除绝缘体或异物上静电，就能发挥极大的效果
6-3消除己附着异物的静电方法与效果
消除静电的方法
效果
理由（消除工件上的静电）
理由（消除异物的静电）
接地
X
不期待能为接地体与绝缘体带来效果．
无法利用接地来消除异物。
空气清理法
II
当空气接触到工件后，虽然可进行物理性的消除工作，但是会因为与空气发生摩擦的关系而产生静电，因此再度附着异物的可能性高。
属于利用空气的力量来消除静电。
不过反而会在异物上产生不必要的静电，甚至会卷起周围的异物。
属于对大型的异物（具重量的异物）较为有效的一种做法。
导电法
X
如2-1的内容所示，即使可以消除静电，也无法防止附着异物。
无法让异物本身形成导电状态。
环境对策
X
由于工件表面会附着水蒸气，而难以消除已附着的异物。
（因受到表面张力的影响）此外，关于密合的部份，由于水蒸气不会侵入，因此无法消除想要去除的静电。
虽然可降低异物本身的静电，不过因带有湿气，反而无法消除异物（因受到表面张力的影响）。
此外，可依据异物体积、形状、重量因素，而得到消除周围静电的效果。
静
电
消除
器
自行放电式
（静电消除刷、静电消除带）
X
自行放电式的离子发生量，会依赖消除静电目标物的静电量。
由于电气会在工件与异物之间形成电场而缩小，因此自行放电式的静电消除器无法产生充分的离子，进而无法用来消除静电。
异物所带有的静电，无法从自行放电式的静电消除器产生离子。
施加电压式
（一般皆称之为静电消除器或
IOnIZer）
O*
由于离子与水蒸气一样，，皆属于元法进密合部份，因此光使用施加电压式的静电消除器，也无法发挥期待的效果（X）。
但是，与空气清理法并用之下，就可消除工件表面上的所有静电。
可依据异物体积、形状、重量因素，而得到消除周围静电的效果。
与空气清理法并用之下，可消除异物的静电。
*此施加电压方式的静电消除器,可想象成处于供应压缩空气的状态下.
[空气清理法]+[施加电压式的静电消除器]效果最佳!
。
6-4有效防止异物附着的对策
如上述内容所示，一般的用法都是采用压缩空气乘吹跑异物与灰尘，但是当附着体积极小的异物与灰尘时，就会产生「静电」问题，因此近年来以「离子空气」来消除异物与灰尘，同时也属于可发挥消除静电之效的技术，逐渐备受瞩目。
关于静电的一些数据
一些元器件受EOS/ESD损害的敏感程度
器件型号
EOS/ESD的最小敏感度（以静电压伏特表示）
VMOS
30to1800
MOSFET
100to200
GaAsFET
100to200
FPROM
100PLUS
JFET
140to7000
SAW
150to500
OPAMP
CMOS
250to3000
SchottkyDiodes
300to2500
FilmResistros（Thick,Thin）
300to3000
BipolarTransistors
380to7800
ECL（PDCBoardLevel）
500to1500
SCR
680to1000
SchottkyTTL
100to2500
典型的静电源
工作台面
打蜡,粉刷或清漆表面/未处理的聚乙烯和塑料玻璃
地板
灌封混凝土/打蜡或成品木材/地瓷砖和地毯
服装和人员
非ESD防护服/非ESD防护鞋/合成材料/头发
座椅
成品木材/聚乙烯类/玻璃纤维/绝缘车轮
包装和操作材料
塑料袋,包,封套,/泡沫带,泡沫塑料/聚苯乙烯泡沫塑料/ESD防护料盒,托盒,容器
组装工具和材料
高压射流/压缩空气/合成毛刷/热风机,吹风机/复印机,打印机
典型的静电压生成强度
来源
湿度10-20%
湿度65-90%
地毯上行走
35000伏
1500伏
聚乙烯聚地板上行走
12000伏
250伏
工作椅上的人员
6000伏
100伏
聚乙烯封套（作业指导书）
7000伏
600伏
工作台面上拿起塑料袋
20000伏
1200伏
有泡沫垫的工作座椅
18000伏
1500伏
由此可见,静电无时无刻在产生,且极易损害电子零件,请各位务必注意好防静电工作
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