靜電消除方法基礎
導體的靜電消除方法
如前章所述，只要兩個物體接觸就會發(fā)生電荷分離，從而產(chǎn)生靜電。
防止產(chǎn)生靜電問題的zui佳方法是防止產(chǎn)生靜電。然而，這在現(xiàn)實中是不可能的。
切實可行的方法是zui大限度地減少靜電的產(chǎn)生或快速釋放電荷。具體來說，一種方法是使用靜電消除器（例如電離器）通過產(chǎn)生與帶電物體相反極性的電荷來中和物體中的電荷，從而消除靜電。 另一種方法是通過增濕或接地從物體中釋放靜電。必須將兩種手段結合起來以設計出一種合適的方法?？轨o電方法要求充分了解目標物的帶電性能以及有利于消除靜電的環(huán)境。
例如，在電子業(yè)中需要應對各種靜電，從影響IC和LSI等靜電高度敏感元件的靜電一直到釋放大量能量造成灰塵吸附在包裝材料上的靜電。這類包裝材料通常不要求像 IC 一樣采取嚴格的抗靜電控制。 但是，如果IC有接近包裝材料的可能，則需要此類嚴格控制。
本章說明帶電物體為導體時的抗靜電方法。接地/防靜電腕帶
當帶電物體是金屬之類的導體時，典型的抗靜電方法就是“接地”。接地法是利用地球是一個表面電位為零的大導體，從而將積聚的靜電完全釋放給“地面”。 也就是說，地面是一個“永無止境的靜電吸收器”。 當把帶電物體接地時，它的電荷立即流入地面，該物體也就不再帶電。顯示電荷釋放的時間與速度之間的關系。電荷衰減的時間常數(shù)表示為
τ=RC，其中接地電阻為R[Ω]，導體電容為C[F]。
C 的值取決于導體的形狀、大小以及位置。 假設C=1x10-9 F（1000pF，約為人
體電容的5倍）且R=1[MΩ]（M=106），則τ=1/1000s。
根據(jù)規(guī)定，1[MΩ] 或以下的接地電阻為合格，不再需要納入其它考慮因素。
接地法是一種輕松有效的抗靜電方法，被廣泛用于各種應用。
另一方面，由于接地法過于常見，人們可能會忘記將機器接地。有時接地法
會因為機器不經(jīng)意間產(chǎn)生腐蝕而失去作用。
接地法只有在帶電物體是導體是方才有效。它無法用于玻璃或塑料之類的絕
緣體。
即使將帶電絕緣體接地，電荷也不會流出而是留在絕緣體內(nèi)，因而無法消除靜電。
當帶電絕緣體與接地導體接觸時，絕緣體內(nèi)的靜電似乎消失了。如果測量該
絕緣體的電位，電位值確實比接觸前要低。這就造成誤解，以為對于絕緣體
接地法也是一種有效的靜電消除手段。
電位之所以降低的原因如下： 當導體接地時，電荷可自由移動。當帶電絕緣
體與該導體接觸時，帶有與絕緣體相反極性的導體電荷被吸到導體的表面。
于是，在帶電絕緣體與接地導體的接觸面上，正負電荷中和，兩者的靜電似乎
都被消除了。 然而，絕緣體中的電荷實際上并未被消除。當絕緣體與導體分
離時，可以發(fā)現(xiàn)表面上已消失的靜電依然存在于絕緣體中。
因此，即使將絕緣體接地，積聚在絕緣體中的電荷也不會漏出。如果該絕緣
體帶有一些導體特性，則電荷可能會通過接地逐漸消失。
要消除極易帶電的人體中的靜電，可以使用接地法，因為人體和導體很相似。
用于將人體接地的一種途徑是“防靜電腕帶”。防靜電腕帶能夠通過將工人
的皮膚接地從而降低人體的電位，這樣由人體產(chǎn)生的靜電就不會影響其它物
體。 處理靜電敏感物體的工人必須佩戴防靜電腕帶，以免產(chǎn)生靜電問題。
圖3-1-3顯示防靜電腕帶的配置。 它的組成部分包括：包在手腕上的護腕、護
腕接頭、導線以及接地連線。
根據(jù)配置或用途有各種防靜電腕帶。 為了有效使用防靜電腕帶，選擇一種可
緊固在手腕上的腕帶，這樣就能與皮膚充分接觸，同時佩戴者也不會有不適
感。 您還應考慮人員可靠、可操作性及質(zhì)量控制。
以下是選擇防靜電腕帶時需要考慮的要點。
1. 耐溶劑性
確認所有在工作區(qū)中可能用到的溶劑都不會損傷防靜電腕帶的材質(zhì)或改變其性
質(zhì)。 由于防靜電腕帶是包在手腕上，護腕或?qū)Ь€部分可能會因意外而濺上溶
劑。
2. 耐汗性
確認防靜電腕帶的金屬部分能夠抵御身上的汗水而不生銹或腐蝕。若使用纖
維或塑料制成的護腕，汗水中的鹽分或污垢會因吸收而積聚起來，可能造成
污染或使電阻變大。 防靜電腕帶必須針對生銹、腐蝕以及污染等情況進行測
試。
3. 佩戴簡易性
檢查防靜電腕帶是否可以方便地戴上及取下。
防靜電腕帶必須可以方便地戴上及取下，同時要非常牢固，這樣才不會在工作
時發(fā)生腕帶滑落的情況。 連接部分（護腕與導線，導線與接地端）必須具有
一定的牢固度，因為如果防靜電腕帶容易滑落，就會減弱靜電消除的效果。
另一方面，防靜電腕帶必須能夠在超額電流流過或發(fā)生機械危險時立即取下。
4. 導線的強度
確認導線的強度高于戴上/取下測試中得出的參考值。
5. 使用壽命
使用壽命測試器確定防靜電腕帶的更換周期。但是，防靜電腕帶的結構或故
障模式不同，其使用壽命也不同。 必須每隔一段時間檢查接口是否松開、代
碼是否損壞以及護腕與皮膚之間是否均勻接觸。
6. 臨界電流耐性
臨界電流耐性的值從根本上被設定為小于高壓電源的某個水平段上的電流值。
通常，這個值在1MΩ到800kΩ之間（耐性值較低的防靜電腕帶可用于某些范
圍）。 要檢測該耐性，將腕帶繞在不銹鋼圓柱體上，然后測量圓柱體與地面
之間的耐性。
7. 使用舒適性
確認工人在佩戴腕帶時感到舒適。
由于腕帶是直接戴在身體上，佩帶者通常會感到一些不適。zui近，由于設計
上的改進，這種不適感有所緩解，但是仍有各種問題，例如佩戴/取下過程繁
瑣或腕部壓力過大等。 選擇合適的腕帶可解決一些問題，例如因腕帶無法清
洗而產(chǎn)生的污穢感，或因護腕上的金屬按鈕的印記留在手腕上而產(chǎn)生的不適
感。 必須盡可能的改進腕帶，以免降低工作效率。
總之，盡管佩戴腕帶的主要目的是消除積聚在人體內(nèi)的靜電，但選擇一種在設
計上不會降低操作性，不會造成污染，即使長期使用也不會對工人造成壓力的
腕帶也至關重要。
抗靜電地板材料
在靜電控制過程中，由某個區(qū)域中的地板所產(chǎn)生的電荷是造成機械中或走動的
人體中產(chǎn)生靜電的巨大因素。 針對地板的抗靜電控制方法大致可分為兩種：
一種是通過“限制因工人接觸而造成的電荷積聚”來遏制電荷，另一種是通過
接地來“平穩(wěn)地消除產(chǎn)生的電荷”。
本章的研究內(nèi)容是針對地毯、地墊以及瓷磚等主要地板材料的抗靜電方法。
表格3-1-5列出了抗靜電地板材料的結構特征及優(yōu)點。
?地毯
地毯因其良好的外觀及舒適性而被用在電腦房或其它設施中。但是，地毯不
適用于對抗靜電控制有嚴格要求的場所，例如IC生產(chǎn)場所。
?地墊
地墊適用于在有限的區(qū)域內(nèi)控制靜電。 它們主要用于實驗室中的工作臺周圍
或特定區(qū)域內(nèi)，在那里不使用抗靜電地板材料。大部分地墊都是雙層結構，
由橡膠、乙烯基或聚烯烴材料加上導電碳化合物與腈聚合物組成。
至于地墊的特點，就是鋪設相對簡單；但是仍有問題存在，例如地墊變臟，抗
靜電材料老化以及地墊容易卷起等。
?涂有抗靜電劑的地板
有三種抗靜電劑可用作地板涂層： 導電涂料、涂布型抗靜電劑以及地板專用
抗靜電劑。
導電涂料是一種包含導電碳纖維或金屬纖維的地板材料。由于它的易用性及
良好的抗靜電性能，可在整個工廠內(nèi)作為抗靜電方法實施。但是，由于產(chǎn)生
灰塵及耐久性等問題，導電涂料不適合干凈的房間。
涂布型抗靜電劑zui初的設計目的不是用在地板上。因此，它存在著耐久性及
再使用周期（壽命）等問題。 低成本是它的優(yōu)勢。
主要類型的地板專用抗靜電劑使用以下三類解決辦法：一是除掉地板表面上
的蠟或殘屑，二是清潔表面，三是使用抗靜電劑。它的一大優(yōu)勢就是只需相
對較低的成本卻可在**使用時提供出色的性能。而問題在于，一些產(chǎn)品的
有效期要取決于濕度和其它外部因素，并且在借助專業(yè)人士再度使用時要花費
比預期更多的成本。
抗靜電地板
有兩種抗靜電地板可供選擇： 一種是由導電乙烯基材料制成的磚狀/薄片狀地
板，另一種是包含金屬纖維的地毯式地板。磚狀/薄片狀地板中包含導電材
料，均勻分布在整個表面。 因此，這種地板能夠提供極高的抗靜電性能及耐
久性，非常適合用于靜電控制。 然而，其成本卻十分高昂。
抗靜電鞋
要防止靜電電荷在鞋中積聚，可以在普通的鞋子上系上腳腕帶或踝扎以形成接
地，或穿上附有導電特性的抗靜電可靠鞋。這些方式的導電性取決于結構和
材料。 在靜電控制區(qū)域中，地板和鞋都是重點。
抗靜電衣物
人體與衣物在靜電方面互無聯(lián)系或互相絕緣。因此，即使人體接地，也無法
消除衣物上的電荷。
有各種各樣的衣物可以防止靜電積聚。 然而，這些衣物的性能在很大程度上
要取決于衣物內(nèi)的溫度和濕度，兩者產(chǎn)生的根據(jù)是內(nèi)層衣物的類型，工人的汗
水或其它因素。
當工人在靜電控制區(qū)內(nèi)身著沒有經(jīng)過抗靜電處理的衣物時，需要測量所產(chǎn)生
的靜電的電壓。 當工人在該區(qū)內(nèi)身著普通的抗靜電衣物時，需要測量由摩擦
產(chǎn)生的電量及其衰減特性，以及衣物表面的電阻。然后根據(jù)這些特性考慮對策。
絕緣體的靜電消除方法
讓物體具有導電性
由于電流無法穿過絕緣體，因此將絕緣體接地不能消除靜電。
但是，如果帶有靜電的絕緣體具有導電性，將該物體的一端接地就能很輕松地
消除電荷。 有兩種方法可使絕緣體帶有導電性：一種是在表面覆上導電材
料，另一種是將導電材料混入絕緣體。
?提供表面導電性
提供表面導電性就是只使物體表面具有導電性。這是一種針對絕緣體的典型
靜電消除方法，因為這樣既可以阻止絕緣體內(nèi)產(chǎn)生電荷，同時也不會損害物體
的原有特性。 通常會使用抗靜電劑。
實際范例有：
?在聚合材料的表面上覆上一層具有高度電感應性的金屬薄膜。這樣就可以
通過金屬層的導電性加大電荷的釋放量。
?涂上一層含有碳黑或銀粒等導電材料的導電涂層。
?使物體表面具有親水性。 這樣就可以通過物體表面上吸收的濕氣加大電荷
的釋放量。
該方法的缺點在于會因清潔表面或表面老化而失去抗靜電作用。
?提供體積導電性
提供體積導電性就是通過混入導電材料（例如將碳纖維混入聚合材料）使物體
本身具有導電性。
由于這種方式可確實使聚合材料具有導電性，因此可通過接地輕松地消除靜
電。 由于物體自身獲得導電性，因此與表面導電性相比，即使反復清潔表
面，效果也能夠一直持續(xù)下去。
而缺點在于混入導電材料會損害物體的原有特性。當把碳黑混入聚合材料
后，聚合材料變黑且不透明，應用范圍也因此受到限制。
該方法主要用于包裝袋，以保護帶有電路的PC板等靜電敏感產(chǎn)品或其它電子元件。
涂布型抗靜電劑的靜電防護效果
涂布型抗靜電劑被用于通過將特殊液體涂在物體表面從而達到控制靜電的效
果。 它的作用是通過提高物體表面的導電性使電荷消散在周圍的空氣中。這
種抗靜電劑可以實現(xiàn)以下效果：
?提高物體表面的導電性。 當兩個物體帶上靜電時，該抗靜電劑加快兩個物
體間的電子交換。 也就是說，兩個物體間的電子處于平衡狀態(tài)，不會再產(chǎn)
生摩擦電荷，物體表面的電荷也因表面導電性而消散在空氣中。
?可使物體表面的正負電荷達到平衡。 這是由于物體表面產(chǎn)生的摩擦電荷因
離子中和或離子交換而消散在空氣中。
?使物體表面光滑，以免因摩擦而積聚電荷。
[參考]
抗靜電噴霧的原理
抗靜電噴霧是一種簡單的抗靜電方法。
如圖3-2-3 所示，抗靜電噴霧在絕緣體的表面生成一層表面活性劑。當活性
劑吸收空氣中的水分后，電流可從表面通過。也就是說，抗靜電噴霧通過在
絕緣體表面生成導電層從而提供電流通過的途徑。
在生產(chǎn)場所，抗靜電噴霧常常伴隨送料器使用。當送料器夾住零件時就使用
抗靜電噴霧。
濕度控制
解決靜電問題的另一種方法是濕度控制（增濕）。這種方法可保持一定的空
氣濕度，使得物體表面帶有水分，以提高導電性。相反，當空氣干燥時，具
有導電性的水分含量下降，使電流流動受阻，從而造成靜電釋放。之所以冬
天比夏天更容易產(chǎn)生靜電問題的原因就是濕度下降并且暖氣設備使空氣更加干
燥。 這使得工廠中因季節(jié)因素而造成的瑕疵品比率增高。
濕度可表示為相對濕度和絕dui濕度，前者較為常用。假設目前空氣在沒有冷
凝的情況下能夠包含的水蒸氣含量為“1”，則相對濕度就是實際水蒸氣含量
的百分比。
棉花或木頭等天然物質(zhì)通常被認為幾乎不會帶電，但當相對濕度降低 35% 以
下時，即使是這些物質(zhì)也會產(chǎn)生靜電。 當相對濕度超過 65% 時，很難產(chǎn)生靜
電。 即使產(chǎn)生靜電，也會自行釋放。
靜電消除器（電離器）的運行原理
空氣中含有78%的氮分子，余下的大部分都是氧分子。 另外還有少量的二氧化
碳和水蒸氣。
空氣中的這些分子因刮風、風暴、閃電等氣候條件或太陽照射或地球表面的放
射性物質(zhì)而發(fā)生正極或負極離子化，繼而產(chǎn)生空氣離子。
這些空氣離子有正極性或負極性，并還具備可通過吸收相反極性達到中和的特
性。 靜電消除器（電離器）便是利用這一特性，提供帶電物體具有相反極性
的離子。 它們迫使物體中的電荷被中和，達到為物體消除靜電的目的。
靜電消除器（電離器）不僅能有效地中和（消除）靜電，還能防止物質(zhì)或或空
氣中的小顆粒帶電。 它們還常常在無法使用增濕法或接地法的情況下作為補
充手段，并已成為抗靜電控制中不可或缺的一環(huán)。
根據(jù)電離空氣分子的方式，靜電消除器（電離器）可分為兩類：“電暈放
電”型和“光照”型。
“電暈放電”型靜電消除器將電場集中在針形的放電電極中，以產(chǎn)生電暈放電并
通過離子化空氣消除靜電。 “電暈放電”型還能進一步分成“自放電”型
和“高壓應用”型。
“光照”型靜電消除器也稱為“軟X光”型，因為它使用柔和或微弱的X光。
以下各部分對這些靜電消除器的功能、應用及結構進行說明。
