静电的产生与消除

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 电击的程度 下车时，感到触电，便有3KV !

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(kV) 1.0 3.0 5.0 7.0 10.0 12.0

完全没感觉 感到刺痛

于掌，甚至手腕感到发麻 手掌感到强烈的疼痛，同时也觉得麻痹

整个手都觉得痛，并且感到触电 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

因为异物附着造成的涂装不均

造成工作人员不适 薄膜的卷起或卷取不良

匀

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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

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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]

导电性塑料

导电性橡胶薄膜

导电化

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。

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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

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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 何谓静电诱导?

何谓电晕放电?

当导体接近带电物体时， 导体内部的电子会产生

这是在尖端等局部施加高压电时发生的现象，系

移动，该导体面向带电物的表面，会带有与带电

指对地面放电的现象。

物相反极性的电荷。称此一现象为“静电诱导”。

高压电

小常识2

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，

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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

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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 4-4-1 DC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

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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，

对象物变成0V后，

在此步骤中，

吸引了负离子。

进行1个负离子的中和。

(进行3个负离子的中和)

因此变成带负电 由于继续供应负离子，

DC式虽可在短时间内除电，但离子平衡不佳.

4-4-2 AC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

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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，

在此步骤中，

吸引负离子.

在此步骤中， 进行1个负离子的除电。

进行1个负离子的除电。

(进行2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.

4-4-4 KEYENCE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

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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PULSE DC式?

PULSE DC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

5-2可延长式静电消除器(SJ-B系列)

1)何谓PULSE AC式?

PULSE DC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。

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ULSE AC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

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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

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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

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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

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效消除静电的方法 果 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。 属于利用空气的力量来消除静电。当空气接触到工件后，虽然可进行物理不过反而会在异物上产生不必要性的消除工作，但是会因为与空气发生空气清理法 II 摩擦的关系而产生静电，因此再度附着属于对大型的异物(具重量的异异物的可能性高。 物)较为有效的一种做法。 如2-1的内容所示，即使可以消除静导电法 X 电，也无法防止附着异物。 由于工件表面会附着水蒸气，而难以消虽然可降低异物本身的静电，不过除已附着的异物。(因受到表面张力的因带有湿气，反而无法消除异物环境对策 X 影响)此外，关于密合的部份，由于水(因受到表面张力的影响)。此外，蒸气不会侵入，因此无法消除想要去除可依据异物体积、形状、重量因素，的静电。 静 电 自行放电式 消(静电消除刷、X 除 静电消除带) 器 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。 异物所带有的静电，无法从自行放由于电气会在工件与异物之间形成电电式的静电消除器产生离子。 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，进而无法用来而得到消除周围静电的效果。 无法让异物本身形成导电状态。 的静电，甚至会卷起周围的异物。理由(消除工件上的静电) 理由(消除异物的静电) .

消除静电。 施加电压式 (一般皆称之由于离子与水蒸气一样，，皆属于元法可依据异物体积、形状、重量因素，进密合部份，因此光使用施加电压式的而得到消除周围静电的效果。与空为静电消除器O* 静电消除器，也无法发挥期待的效果气清理法并用之下，可消除异物的或 IOnIZer) (X)。但是，与空气清理法并用之下，静电。 就可消除工件表面上的所有静电。 *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。

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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 VMOS MOSFET GaAsFET FPROM JFET SAW OPAMP CMOS EOS/ESD的最小敏感度(以静电压伏特表示) 30 to 1800 100 to 200 100 to 200 100 PLUS 140to 7000 150 to 500 250 to 3000 .

Schottky Diodes Film Resistros(Thick,Thin) Bipolar Transistors ECL(PDC Board Level) SCR Schottky TTL 300 to 3000 300 to 2500 380 to 7800 500 to 1500 680 to 1000 100 to 2500 典型的静电源

工作台面 地板 服装和人员 座椅 打蜡,粉刷或清漆表面/未处理的聚乙烯和塑料玻璃 灌封混凝土/打蜡或成品木材/地瓷砖和地毯 非ESD防护服/非ESD防护鞋/合成材料/头发 成品木材/聚乙烯类/玻璃纤维/绝缘车轮 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,包装和操作材料 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 地毯上行走 湿度10-20% 35000伏 湿度65-90% 1500伏 .

聚乙烯聚地板上行走 工作椅上的人员 聚乙烯封套(作业指导书) 工作台面上拿起塑料袋 有泡沫垫的工作座椅 12000伏 6000伏 7000伏 20000伏 18000伏 250伏 100伏 600伏 1200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