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静电中和

2016-06-01
静电中和是消除静电的重要措施之一。在某些场合中,当不便使用ESD防护材料时,或必须将某些高绝缘易产生静电的用品存放在工作台或工艺线上时,为了保证产品质量就必须对操作环境采取静电中和措施。静电中和是借助离子静电消除器和感应式静电刷来实现的。

静电中和原理:将正负离子与静电源上的正负电荷中和,从而消除静电源上积累的静电。

产生正负离子的装置叫离子静电消除器,其种类很多,有高压式,同位素式、离子流式等。

静电中和也可采用静电刷(静电梳)来实现,它是在金属棒上装上一排导电纤维。当静电刷与绝缘物相接触时,在接触过程中,可因电晕放电、泄漏、短路等直接消除绝缘物上的静电荷。

在某些特殊情况下,还可采用防静电剂(喷剂等)来实现静电中和。这类喷剂通常是阳离子或阴离子表面活性剂。

上述几种静电中和的相互比较,离子静电消除器具有不影响产品质量,消除静电快,使用方便等特点,不足之处是仪器成本较高。防静电剂的使用虽然具备操作简单等特点,但从消除静电效果来说,在某些情况下不如离子静电消除器效果好,而且持久性不好。有的防静电剂具有腐蚀性和毒性。

第3节 静电屏蔽于接地

静电屏蔽及接地通常用于对高压电源产生的静电场屏蔽、某些对静电极敏感电路的屏蔽,从而避免静电场对ESDS器件和ESDS组件的感应和静电放电产生的宽频带干扰。

屏蔽的作用是通过将一个区域封闭起来的壳体实现的。壳体可以做成金属隔板式、盒式,也可以做成电缆屏蔽和连接器屏蔽。屏蔽的壳体一般有实芯型、非实芯型(如金属网)和金属编织带几种类型,后者主要用作电缆的屏蔽。各种屏蔽体的性能,均用屏蔽体的屏蔽效果来表示。此值定义为空间某一区域屏蔽后的静电场强度,比屏蔽场前电场降低的分贝数。屏蔽效果优与劣,不仅与屏蔽材料的性能有关,也与屏蔽体与静电源距离,以及壳体上可能存在的各种不连续的孔洞和数量有关。

静电屏蔽效果与接地有很大关系,只有将屏蔽体接地,才能保证屏蔽体上感应的静电荷泄漏,使屏蔽体内的电路不受静电场干扰。

静电屏蔽及接地是很多种仪表电路上防静电干扰的重要措施之一。同时也用于防静电源对外界的干扰。

第4节 增湿

湿度增加则非导体材料的表面电导率增加,使物体积蓄的静电荷可以更快泄漏。有静电危险场所,在工艺条件许可时,可以安装空调设备、喷雾器以提高空气的相对湿度消除静电。一般情况,用增湿法消除静电的效果是很明显的。但需要指出的是,对于表面容易形成水膜,即容易被水润湿的绝缘体如橡胶等,增湿是有效的。而对于表面不能形成水膜的材料如聚四氟乙烯等、增湿对消除静电是无效的。对于孤立(无静电泄漏途径)的带静电绝缘体,增湿也是无效的。另外增湿的方法不宜用于消除高温环境中的绝缘体上的静电。为对静电达到最佳的控制,必须使湿度保持在60%~70%以上。

在电子工业,提高湿度这种方法不能广泛应用,因为湿度过高会使工作人员感觉不舒适,而且会使设备生锈和材料受到损害。

第5节 ESDS器件保护网络的设置

对ESDS器件设置保护网络,是防止器件损害的有效手段之一。目前国内外已研制出多种保护网络。这些网络提供的防护ESD电压已达800伏,而在某些MOS器件的保护网络可达4000伏以上。保护网络往往由中等或在一定程度上敏感的ESDS器件构成。需要指出的是,保护网络可以降低器件对ESD的敏感性但不能彻底消除。

(1) 器件和混合集成电路的保护网络 设计注意事项 
1. MOS器件保护电路的改善方法是:增大二极管的尺寸,使用双极性三极管,加串联电阻器和利用分部网络电路。 
2. 连接外管脚金属引线时,避免在下面交叉。 
3. 设计MOS器件保护网络时,看该电路是否允许保护二极管出故障或烧毁而导致器件工作不正常。 
4. 关于双极零件,任何接触边缘和节之间的距离应为70微米或大于70微米。 
5. 应当把线性集成电路的电容器并联到击穿电压较低的PN结上。 
6. 双极器件的设计避免在ESD情况下,在PN结耗尽区域内有较高的瞬时能量密度。用串联电阻限制ESD电流,或使用并联元件把ESD电流从关键元件上引开。
7. 通过增大邻接基极触点的发射极周长、提高抗ESD能力。 
8. 管脚排列要避免将临界ESD通路放在易于ESD的拐脚外的引线上。并尽可能地避免金属喷镀交迭。交迭面积一般被薄的介质层隔开。

(2) ESDS组件保护网络设计的注意事项 
1. 利用模拟开关。除此之外,可以通过限制输出电流来避免CMOS闭锁。
2. 在每个输入端加上外部串联电阻器,便可以获得对MOS的附加保护。 
3. 对于双极器件的敏感输入端,应该使用由电阻值相对大的电阻器和至少100微微法的电容器组成RC网络,以降低ESD的影响。 
4. 装在PWB(印制电路板)上的ESDS器件引线,如果没有串联电阻、分路器、线夹或其他保护件,不应该直接与连接器端子连接。 
5. 装有开关板、控制面板、手控装置或开关锁定装置的系统,应该设计成能通过底座地线直接耗散人体静电荷的结构。
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