靜電控制誰效果好——離子風機幫你忙
在高科技產品生產廠，控制靜電是提高生產效率，改善品質，增加利潤的基礎。在半導體、硬盤和平面顯示（FPDs）的生產中，靜電控制是基本的生產條件之一。如果不能控制靜電就意味著，產品要因靜電引力導致粒子污染（ESA問題）和靜電放電（ESD問題）而受到損失。

美國靜電協(xié)會（ESD Association）和國際半導體設備和材料協(xié)會（Semiconductor Equipment and Materials International）等組織的靜電控制體系可以幫助企業(yè)解決靜電問題。這些體系主要的技術方法是，使用靜電導電材料和靜電耗散材料（包括人體）直接接入大地以消散靜電。
不幸的是，產品本身和工作環(huán)境都不可避免地會使用絕緣材料。當絕緣材料就是產品本身的組成部分時，你無法將其替換，如高科技產品制造中會使用含有氧化層的硅片、半導體器件封裝的環(huán)氧樹脂、器件引腳上的絕緣材料、環(huán)氧樹脂印刷線路板，F(xiàn)PDs行業(yè)中的玻璃片等等。此外，適應特殊環(huán)境，如耐高溫、耐腐蝕以及潔凈室兼容使用的材料：特氟隆、石英以及許多塑料材料都是絕緣材料。接地不能消除絕緣材料上的靜電荷，因此，多數(shù)情況下，只有一個的辦法就是使用空氣離子化進行靜電中和處理。
盡管多數(shù)的靜電控制體系中都推薦使用空氣離子化，但它們卻很少在文件當中說明空氣離子化的使用方法以及在生產中使用離子化設備產生的影響。對于許多行業(yè)來講，使用空氣離子化控制靜電非常重要，希望通過本文能為空氣離子化的用戶提供一些被忽略的信息。
空氣離子化的劃分
“離子（Ion）”一詞來源于希臘語，原為動詞，是動作的意思，有旅行者的含義。作為術語使用用于描述對各種溶液通電后反應——離解并向與自己相反的電極移動的分子稱為離子。瑞典學者S. A. Arrhenius的理論認為移動的離子（ion）是帶電荷的原子，這一理論在電子被發(fā)現(xiàn)后得以證實。
離子可以定義為失去電子或獲得電子的原子或分子。電子是電荷轉移的一個載體。當一個原子或分子具有相同數(shù)量的電子和質子時，它的電荷是平衡的，或者說是中性的。如果失去一個電子，則該原子或分子帶上正電荷，成為正離子，得到電子則成為負離子。
但是空氣離子或帶電荷的空氣分子卻不是這種情況。空氣是一種混合氣體，由氮氣、氧氣、二氧化碳、水蒸氣以及其他一些微量氣體組成，其中一種或幾種都可以離子化。某些時候，雙原子結構的氣體分子，如氮氣（N2）和氧氣（O2）可以獲得或失去電子，但另一些時候，化合氣體如二氧化碳（CO2）也能夠如此。無論何種情況，當空氣中一種或一種以上的氣體分子獲得或失去電子的時候，我們稱之為空氣離子化。與溶液離子不同的是空氣離子化需要一定的能量才可形成。
通常情況下，未經過濾的空氣，所形成的空氣離子是以氣體分子簇形式存在的，10個中性氣體分子包裹在一個帶電的分子周圍。帶電分子可能是氧分子、水分子或氮分子，在這里我們稱之為小空氣離子。小空氣離子會做相對運動，在遭遇相反電荷的離子或接地表面后，它們會失去電荷，又恢復為中性分子。在潔凈空氣中，小空氣離子的壽命在幾秒鐘到幾分鐘之間。
在適當?shù)臈l件下，這些離子會吸附在空氣中的微?；虼蟮姆肿訄F上，從而形成大的空氣離子。小空氣離子和大空氣離子的相對比例取決于空氣的潔凈程度?？諝庵袛?shù)量具多的懸浮微粒會消耗小空氣離子。
然而，我們在靜電控制中所談的絕緣材料上的靜電荷中和主要靠的是小空氣離子。
空氣電導和電荷中和
如果一個離子暴露在電場中，它會因場強大小和電場方向而移動。電場中移動的離子能夠形成電流。而電流密度取決于空氣的離子數(shù)和相對于電場源移動的速度。電流密度對于該電場來說稱為為空氣的電導。此電導會因極性正負而變化。
一個帶電體周圍會產生電場，不同點的電場強度不同，電場驅使電荷平衡。如果一個帶電體周圍被正負兩種空氣離子包圍，相反極性的離子會向該帶電體移動，并產生電流。這種中和的電流會讓帶電體上電荷和周圍空氣的電導平衡。簡言之就是帶電體吸引相反電荷的空氣離子。
電場強度為E的一個離子將以v的速率移動，它們之間的關系是
v = kE, (1)
其中k是離子和遷移率。
小空氣離子的遷移率在1.0–2.0 cm2/V?s。單位的含義是小空氣離子在1 V/cm 電場強度下以1 cm/s的速率移動。實驗表明，負離子的遷移率比正離子的遷移率要高大約15%。
如果空氣中有n個正離子，遷移率為k，電荷量e，在電場強度為E電場下，向帶電體移動所產生的電流密度j的計算為
j = enkE = λE (2)
式中λ等于enk,稱作空氣的正電荷電導，更準確地講，它是指由于正離子所產生的極性電導。
在電場中，負離子會向電場相反的方向移動。通過公式2也可以計算負離子在帶有e電荷數(shù)移動時的電流密度。
如果一個帶有q電量正電荷或負電荷的物體，周圍一定會形成電場。該物體周圍如果被同時含有正負兩種離子的空氣所包圍，極性相反的空氣離子會流向該物體，相同極性的離子會遠離該物體。在空間中不同點的電場不同，但終的電荷均衡為q。電荷的移動即為電流，相反極性的離子流動所產生的電流通向帶電體q，這種中和電流能夠讓帶電體的電荷與周圍空氣的極性相反的電導達到平衡。
如果空氣電導不發(fā)生變化，則離子中和的速度也是恒定的，電荷衰減時間常數(shù)系數(shù)τ積與電導的關系是指數(shù)關系。換句話講，初始電荷為q0，衰減后電荷q計算如下：
q = q0–t/τ, (3)
式中時間常數(shù)τ等于空氣的介電常數(shù)ε除以空氣電導（率）λ：
t = ε0/λ; (4)
將此帶入公式3，則有
q = q0–t(enk/ε0), (5)
將電荷中和至均衡的速度取決于離子濃度。
實際上，保持空氣的電導恒定是困難的。許多因素會影響電荷衰減速度，這包括空氣懸浮微粒密度、帶電體周圍離子的損耗率、空氣電離的多相性、不規(guī)則帶電體或多帶電體產生的非均衡電場等等。目前還難以做到消除簡單模型的誤差，精準計算衰減時間，因此實際測量離子發(fā)生器的中和特性顯得尤為重要。
空氣離子的特性
空氣中自然的離子中，通常正離子與負離子的數(shù)量為1.2：1。在清潔的室外空氣當中，每立方厘米包含有2000~3000個離子。在一個自然通風的建筑里，這個數(shù)量會降至500/cm3，在管道通風（空調通風）的建筑里，這個數(shù)值很少超過100/ cm3。
自然的空氣離子主要由空氣、地面以及建筑材料中的放射元素的照射所形成。此外，由水流和海浪產生的水滴摩擦、閃電以及大氣層上部受宇宙射線和太陽射線的照射也會產生空氣離子。其中水滴摩擦產生的主要是負電荷性的小空氣離子。
在純凈的空氣中，離子的壽命不會超過幾分鐘，其衰減的速度取決于多種因素。離子的密度越高離子與相反極性離子相遇的機率越強。一旦相遇就會發(fā)生電荷轉移，兩個離子變成兩個中性分子。電荷轉移在離子接觸到接地表面時也同樣會發(fā)生，因此，用于中和靜電的離子必須盡量減少極性相反的離子相互作用，同時盡可能與大的接地體隔離開。
此外，大的空氣離子一旦形成，它的運動速度要比小的空氣離子要慢（見公式2）。大空氣離子對空氣電導的影響小，一般不用于靜電荷中和。
小空氣離子能夠在靜電荷電場的作用下在空氣中移動。一個靜電場作用在帶電離子的空氣，會吸引相反極性的空氣離子移向產生電場的電荷（見圖1）。離子被吸引到具有極性相反電荷的物體表面，直至電荷被中和，靜電場消失為止。這是使用空氣離子控制靜電的基本原理。 

通過雙極性空氣離子中和表面靜電

人工產生空氣離子需要添加或奪取空氣分子的電子，有兩個基本途徑實現(xiàn)這一點：α射線以及電暈電離。

α射線離子消除靜電商業(yè)化應用主要包括爆炸燃燒危險環(huán)境和需要精準平衡度的環(huán)境。但其處理成本相對昂貴，因為每143天，α射線離子發(fā)生器的功率會因為放射源的衰減一半而衰減一半，通常它們必須每年更換。雖然α射線離子發(fā)生器已經可靠使用了25年，但它們仍然是政府管控的產品，而且任何放射性物體都會引起人們的恐慌，因而α射線的離子化產品沒有像電暈電離的離子化產品一樣得到廣泛應用。

選擇離子發(fā)生器還可能要考慮其他的一些因素。這包括能否使用氣流，離子發(fā)生器與工作區(qū)的距離，以及潔凈室對于離子發(fā)生器的兼容性等等。

只有一些人類科技活動會導致空氣中的離子數(shù)量增加，多數(shù)活動會消耗空氣離子。工業(yè)氣體污染，離散電場，管道通風都在不同程度是影響環(huán)境空氣離子水平的因素。離子消耗會讓人困倦，注意力分散，感覺不舒服，以及引起頭、痛等；人工增加離子濃度效果相反。離子發(fā)生器曾經被用于解決這些問題，但這并不是說，使用它們恢復和增加自然空氣中的離子數(shù)量只是對身體有好處。研究表明，作為確定的目的，在離子化的環(huán)境里工人的表現(xiàn)有所改善，實質上這于消耗離子的工作區(qū)有關。由于離子會影響人的行為和情緒，我們一般寧可多一些負離子的環(huán)境。