第四章静电放电与静电危害分析.ppt

《第四章静电放电与静电危害分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章静电放电与静电危害分析.ppt（70页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、静电放电与静电危害分析静电放电与静电危害分析主讲：常天海主讲：常天海华南理工大学华南理工大学1目录目录静电放电的特点及类型4.1静电效应及其作用规律4.2工业生产中的静电障害34.3静电燃爆危害44.4华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 2目录目录电子行业的静电危害4.5静电电击危害4.6静电危害的预测和事故分析4.7华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 34.1 4.1 静电放电的特点及类型静电放电的特点及类型静电放电的特点4.1.1静电放电的类型4.1.2华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 4ESD特点特点ESD事件事件静电源静电源4.1 4.1 静电放电

2、的特点及类型静电放电的特点及类型4.1.1 4.1.1 静电放电的特点静电放电的特点华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 Electro-Static Discharge 静电放电（静电放电（ESDESD）是指带）是指带电体周围的场强超过周围介质的电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质产生电绝缘击穿场强时，因介质产生电离而使带电体上的静电荷部分或离而使带电体上的静电荷部分或全部消失的现象。全部消失的现象。通常把偶然产生通常把偶然产生的静电放电称为的静电放电称为ESDESD事件事件。在实际情况中，产生在实际情况中，产生ESDESD事件往往事件往往是物体上积累了一定的静电电荷

3、，对地静是物体上积累了一定的静电电荷，对地静电电位较高。带有静电电荷的物体通常被电电位较高。带有静电电荷的物体通常被称为静电源，它在称为静电源，它在ESDESD过程中的作用是至关过程中的作用是至关重要的。重要的。静电放电具有以下两个特点：静电放电具有以下两个特点：（1 1）静电放电可以形成高电位、强电）静电放电可以形成高电位、强电场、瞬时大电流；场、瞬时大电流；（2 2）静电放电过程会产生强烈的电磁）静电放电过程会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲。辐射形成电磁脉冲。总之，随着研究工作的深入，ESD的特性越来越清楚的展现在人们面前。但是应当注意的是实际的静电放电是一个极其复极其复杂的过程杂的过程，

4、它不仅与材料、物体形状和放电回路的电阻值有关，而且在放电时往往还涉及到非常复杂的气体击穿过程，因而ESDESD是一种很难重复的随机过程是一种很难重复的随机过程。5静电放电的类型静电放电的类型华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 4.1.2 4.1.2 静电放电的类型静电放电的类型 由于带电体可能是固体、流体、粉体以及其他条件的不同，静电放电可能有多种形态，但是根据其特点，并从防止静电危害方面来考虑，放电类型可以分为以下七种放电类型可以分为以下七种：6静电放电的类型静电放电的类型放电类型放电条件特点及引燃性电晕放电（又称为尖端放电）电极相距较远或电极本身尺寸比极间距小得多，通常要求电极

5、或带电体附近的电场较强空气在尖端被局部电离，不形成放电通道，释放能量和引燃能力小，有时有声光火花放电主要发生在相距较近的带电金属导体间或静电导体间有声光，放电通道一般不形成交叉，电极上有明显放电集中点，引燃引爆能力较强刷形放电在带电电位较高的静电非导体与导体间易发生有声光，放电通道在静电非导体表面附近形成许多交叉，一般每次放电能量不超过4mJ，引燃引爆能力中等传播型刷形放电发生在静电非导体带有高电荷密度的特殊情况下（绝缘体表面电荷密度大于 时）有声光，释放的能量很大，因此其引燃引爆能力极强华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 表表 4.14.1各类各类ESDESD的发生条件及特点的发

6、生条件及特点7静电放电的类型静电放电的类型放电类型放电条件特点及引燃性 大型料仓内的粉堆放电（又称沿面放电）在容积达到100 或更大的料仓中易发生，粉体进入料仓时流量越高，粉粒绝缘性越好，越容易形成放电首先在粉堆顶部产生空气电离，形成仓壁到堆顶的等离子导电通道，放电能量可达10mJ，引燃引爆能力很强 雷状放电空气中带电粒子形成空间电荷云且规模大、电荷密度大的情况下发生 放电能量大，引燃引爆能力很强 电场辐射放电依赖于高电场强度下气体的电离，当带电体附近的电场强度达到3MV/m时，放电就可发生放电时，带电体表面可能发射电子，这类放电能量比较小，引燃引爆能力较小，出现这类放电的概率也较小华南理工大

7、学华南理工大学静电理论与防护 第四章 8图图 1 1 9a a 静电放电模型静电放电模型a 静电放电模型静电放电模型b b 利用高频高压发生器通过空气、风车形利用高频高压发生器通过空气、风车形电极进行高频高压放电，频率和电压可达电极进行高频高压放电，频率和电压可达100KHz100KHz和和100100万伏，其放电现象十分壮观。万伏，其放电现象十分壮观。华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 c 大自然中的雷电也大自然中的雷电也是火花放电的一种是火花放电的一种104.2 4.2 静电效应及其作用规律静电效应及其作用规律静电力学效应4.2.1静电放电的热效应4.2.2静电的强电场效应34

8、.2.3静电放电的电磁脉冲效应44.2.4静电放电对人体的电击效应4.2.5华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 11华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 4.2 4.2 静电效应及其作用规律静电效应及其作用规律4.2.1 4.2.1 静电力学效应静电力学效应 effect of electrostatic mechanics 即物体带有静电，在附近空间建立静电场，能使轻物被吸引或被排斥的现象。这种效应往往会对环境以及工业等造成较大的影响。4.2.2 4.2.2 静电放电的热效应静电放电的热效应12静电效应及其作用规律静电效应及其作用规律华南理工大学华南理工大学静电理论与防

9、护 第四章 4.2.3 4.2.3 静电的强电场效应静电的强电场效应 静电荷在物体上的积累往往使物体对地具有高电压，在附近形成强电场。通常可以将静电放电过程看作是一种绝热过程。发生静电的过程中，可产生瞬间使空气电离、击穿、通过数安培的大电流，并伴随着发光、发热，形成局部的高温热源。在微电子技术领域，静电放电能量很大。对微电子电路、器件等有很大影响。13在电子工业中在电子工业中其他领域其他领域 高压静电场高压静电场的击穿效应是的击穿效应是MOSMOS电电路的一大危害。路的一大危害。高压静电场高压静电场也可以使多层布线也可以使多层布线电路间介质击穿或电路间介质击穿或金属化导线间介质金属化导线间介质

10、击穿，造成电路失击穿，造成电路失效。效。在其他领在其他领域，高压静电场域，高压静电场使电介质击穿也使电介质击穿也会造成危害。会造成危害。华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 介质击穿对介质击穿对电路造成的危电路造成的危害是由于过电害是由于过电压或强电场而压或强电场而不是功率造成不是功率造成的。的。静电效应及其作用规律静电效应及其作用规律14华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 4.2.4 4.2.4 静电放电的电磁脉冲效应静电放电的电磁脉冲效应 静电放电过程是电位、电流随机瞬时变化的电磁辐射过程，无论是放电能量小的电晕放电，还是放电能量较大的火花式放电，都可产生电磁辐射。对

11、各种电子装备、信息化系统、航天、航空、航海各领域都会造成不同的干扰。电晕放电产生的电磁干扰电晕放电产生的电磁干扰传播型刷形放电和火花式放电产生的电磁干扰传播型刷形放电和火花式放电产生的电磁干扰静电效应及其作用规律静电效应及其作用规律154.2.5 4.2.5 静电放电对人体的电击效应静电放电对人体的电击效应 静电电击危害以及静电危害的“二次事故”。华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 当人体接近带有静电的绝缘导体时，或者带有静电的人体接近接地导体或机器设备等较大金属物体时，只要人体和其他导体间的静电场超过空气的击穿场强时，都会形成静电火花放电，有瞬时大电流通过人体或人体的某一部分，使

12、人体受到静电电击。静电效应及其作用规律静电效应及其作用规律16华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 工业生产中工业生产中的静电危害的静电危害5432164.3 4.3 工业生产中的静电障害工业生产中的静电障害 在工业生产的某些过程中，常常由于静电力学效应的影响，妨碍生产或降低产品质量。纺织行业及有纤维加工的行业纺织行业及有纤维加工的行业 特别是涤纶、晴纶等合成纤维的生产、处理工序，静电问题突出。例如在抽丝过程中，每根丝都要从直径几十微米的小孔挤出，会产生较多的静电，由于静电力的作用会使丝飘动、粘合、纠结等，妨碍正常生产。在织布、印染等过程中，由于静电力吸附作用，可能吸附灰尘等，降低产

13、品质量，甚至影响缠卷，使缠卷不紧。在粉体生产、加工、测量等过程中在粉体生产、加工、测量等过程中 静电除带来火灾和爆炸危险外，还会降低生产效率、影响产品效率。例如在进行粉体筛分时，由于静电力的作用而吸附细微的粉末，使筛目变小，降低生产效率。在粉体气力输送过程中，在管道某些部位由于静电力的作用，积存一些被输送的物料，也会降低生产效率，而且由于静电作用结块的粉末脱落下来混在产品中会影响产品的质量。对粉体进行测量时，由于测量器具的静电吸附粉体还会造成测量误差。粉体装袋时，由于静电斥力的作用，使得粉体四处飞扬，既造成粉体损失，又污染环境。在塑料和橡胶行业在塑料和橡胶行业 由于制品与轮轴的摩擦、制品的挤压

14、或拉伸，会产生大量的静电。一方面存在火灾和爆炸危险，另一方面，由于静电不能迅速消散会吸附大量的粉尘，而不得不花费大量时间清扫。在印花和绘画工艺中，静电使油墨移动会大大降低产品质量。在将塑料薄膜打卷时，会由于静电的斥力使缠卷不紧。在印刷行业在印刷行业 由于纸张带有静电，使纸张的移动受到阻碍，可能使纸张不能分开，粘在传送带上，出现套印不准、拆收不齐，油墨受力移动，降低印刷质量等问题。感光胶片行业感光胶片行业 由于胶片与轮轴的高速摩擦，胶片的静电电压可高达数千伏甚至上万伏。一旦发生静电放电，即使是能量较低的电晕放电，也会使胶片感光而报废。另外，带电的胶片会因静电引力吸附灰尘降低胶片质量。在涂膜工艺，

15、由于静电力的影响，会出现涂膜不匀的问题。食品行业食品行业 粉状原料会由于静电而吸附在工艺设备的内壁上，往往一时不能清除，而在改制另一种食品时，这些残留在设备内壁上的食品可能脱落下来，混合进来，降低食品质量。17静电危害实例4.4.1静电安全界限4.4.2爆炸极限34.4.3最小点火能 44.4.4静电感度4.4.54.4 4.4 静电燃爆危害静电燃爆危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 184.4 4.4 静电燃爆危害静电燃爆危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 由于静电是普遍存在的，而且静电放电是一种随机过程，因此，它的作用往往被人们所忽视，但它给人类所带来的危害

16、却是极大的。4.4.1 4.4.1 静电危害实例静电危害实例1 1固体静电起电造成的危害固体静电起电造成的危害 某胶带厂在一次生产胶带时，当给经过干燥的胶带再经滚筒涂敷涂料时，因涂料起火而酿成火灾。分析其原因，是由于胶带在传送和涂敷涂料时产生并积累了大量静电。测量结果表明，胶带在低速运行时，静电电压为几千伏，而在高速运行时能达到几万伏。这样高的电压随时会引起火花放电。同时，涂料中含有易燃溶剂因蒸发而在生产场所形成易燃混合气体的浓度足够大时，这种放电就能引燃气体混合物。19静电燃爆危害静电燃爆危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 2 2人体静电造成的静电危害人体静电造成的静电危害

17、在美国，当工程人员对F15战斗机进行维护保养时，由于燃料系统接地不正确，人体也未采取适当的接地措施，人体静电放电引起整个飞机烧毁。20静电燃爆危害静电燃爆危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 3 3液体静电造成的静电危害液体静电造成的静电危害 某厂采用大鹤管装零号柴油时（原车为汽油车底），刚一进油，槽车突然爆破着火。3天后仍是装零号柴油，又发生了上述着火事故。根据调查分析和现场静电测量结果表明：由于装车速度高达57m/s，油液静电电压在3万伏以上，且槽车内改装过汽油的车底混合油蒸汽浓度较高，静电火花引起了爆炸着火。21静电燃爆危害静电燃爆危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护

18、 第四章 4 4粉体静电造成的静电危害粉体静电造成的静电危害 某制药厂，感冒药经尼龙袋过滤，并经热风干燥，在工序中发生爆炸，三人伤亡。其原因是过滤袋内的消电铜线断开，以至积累起危险的静电，导致静电放电引起粉体爆炸。22静电燃爆危害静电燃爆危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 5 5气体静电造成的危害气体静电造成的危害 纯净的气体不会产生静电放电，所谓气体ESD事件是指气体中混有其他微粒导致静电起电放电，或是由于其他原因，产生静电，引起混合物燃烧爆炸。某泵房检修中，用温度为250的高压过热水蒸汽冲洗泵内残留的碳氢化合物时，发生火灾。其原因是过热水蒸汽喷出时产生静电，由静电放电的火花

19、引燃易燃气体混合物而酿成火灾。23静电燃爆危害静电燃爆危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 以上所举的例子是具有代表性的一些典型静电危害事故。应该指出的是上述的实例主要揭示和分析了ESD热效应造成的危害，已经引起人们的普遍关注。但是，ESD的电磁危害或EMP效应给人们带来的危害也是不容忽视的。24华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 4.4.2 4.4.2 静电安全界限静电安全界限 在静电防护工作中，经常使用并且容易测试的静电参数是静电电位静电电位。因此，确定发生静电放电的电位界限更有实际意义。1.带电物体为导体时的静电安全界限带电物体为导体时的静电安全界限 当带电物体

20、时导体时，假设最危险的情况是，一次静电放电可以将储存的静电能量几乎全部放出，带电导体所储存的静电能量等于或大于最小点火能量（或静电感度）时，便有发生发生静电危害事故的危险。带电导体所储存的静电能量为：(4.1)静电燃爆危害静电燃爆危害25华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 那么，产生静电危害的静电电位阈值为：(4.2)2.带电物体为绝缘体时的静电安全界限带电物体为绝缘体时的静电安全界限 当带电物体是绝缘绝缘体时，如发生放电，一般情形带电体不会将所积蓄的静电能量全部放出，而是部分放出。因此，带电物体为绝缘体的放电界限，就不能用带电导体所用的方法求出，这要视放电条件和放电类型而定，还与

21、静电非导体的带电电位和接地导体的曲率半径有关。根据可燃性物质的最小点火能，可粗略给出绝缘体的带电电位的安全界限。静电燃爆危害静电燃爆危害26华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 序号最小点火能/mJ可燃物安全电位界限/kV12341氢和氧的混合物、二硫化碳等氢、乙炔、乙烯等甲烷、丙烷、乙醚、普通油品蒸汽等氨、粉尘等181020304060表表4.2 4.2 绝缘体带电电位安全界限绝缘体带电电位安全界限 值得注意的是，静电非导体的带电是比较复杂的，遇到下列情况时，电位界限和表面电荷密度要比上述值小得多。静电燃爆危害静电燃爆危害27华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 电位界限

22、和表面电荷密度要比上述值小得多电位界限和表面电荷密度要比上述值小得多静电非导体的带电是比较复杂的1234带电的分布带电的分布极不均匀时极不均匀时在绝缘体中有在绝缘体中有局部电导率高局部电导率高的部分，而该的部分，而该部分又带电时部分又带电时在带电的绝在带电的绝缘体附近或缘体附近或里面有接地里面有接地导体时导体时带电量或带带电量或带电极性变化电极性变化较大时较大时静电燃爆危害静电燃爆危害28华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 我国科技工作者对绝缘板带正负极性放电引燃能力进行试验布莱斯等对薄膜进行放电试验莱斯特兰等绝缘板的引然性实验弗雷德霍姆等绝缘体放电引燃实验带正电荷的绝缘板在主放电

23、前，预放电的脉冲能量比单词主放电能量小23个数量级。带正电的薄膜，在发生主放电前有预放电，而带负电的薄膜则无预放电现象。带负电的绝缘板发生的刷形放电有相当的引燃率，但带正电绝缘板的数百次放电试验均未引燃。绝缘体带正负不同极性电荷时，放电引燃能力差别很大。1972年1981年1981年1984年正负极性放电特性存在很大的差别正负极性放电特性存在很大的差别。静电燃爆危害静电燃爆危害29华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 3.液体带电时的静电安全界限液体带电时的静电安全界限 1981年里斯对油面放电试验发现，油面点位在-25kV时已可将丙烷引燃，而带正电的油面电位高达80kV时尚未引燃上

24、述气体。1983年，我国科研人员对不同极性带电油面的静电放电进行了研究。正极性油正极性油面的放电能量在相同面的放电能量在相同条件下比负极性油面条件下比负极性油面的大一个数量的大一个数量级。级。国标GB6951-86规定汽油、煤油、柴油等轻质油品装油的安全油面电位值为12kV。静电燃爆危害静电燃爆危害30华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 4.人体带电时的静电安全界限人体带电时的静电安全界限 1983年英国人威尔逊对人体静电与接地电极间的放电作了实验研究，结果表明，由人体静电引燃某种可燃性物质，所需要的人体静电能量比该可燃性物质的最小点火能量大很多。实验还证明，在一定的电极条件下，放

25、电引燃时，人体静电电位是主要因家，而人体电容影响不大。实验给出点燃最小点火能为0.39mJ的天然气的人体静电电位的最小值为6.0kV，此时人体静电能量为1.7mJ。人体静电放电意外引爆电火工品的事故在国内外时有发生，因此，确定人体静电放电引爆电火工品的电位阈值是十分重要的。静电燃爆危害静电燃爆危害31火箭弹和导弹等电发火装置使用的电点火具JD-11，DD-4.5，DD-17和105电火帽的ESD电流注入临界发火电位值为：例例JD-11电点火具：14.0kV；DD-4.5电点火具；8.7kV；DD-17电点火具：2.2kV；105电火帽：0.88kV。应当指出应当指出，由于不同人体、不同着装与地

26、面条件的差异，等效于人体模型参数不同，对同一种电火工品也会有不同的ESD阈值。不过在实际工作中，只要确定了电火工品的最小静电点火能和人体静电参数及环境条件，可以求出每一个试验对象的ESD阈值。华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 静电燃爆危害静电燃爆危害32华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 4.4.3 4.4.3 爆炸极限爆炸极限 气体混合物或粉尘与空气形成的气体混合物在静电放电作用时能否燃烧、爆炸，不仅与静电源参数有关，而且和周围物质的性能参数密切相关。物质的闪点、燃点、自燃点、爆炸极限、最小点火能量或最小引燃能量是表征物质危险程度的性能参数，其中与静电引起火灾和爆炸

27、事故有着直接联系的是爆炸极限和最小点火能量爆炸极限和最小点火能量。静电燃爆危害静电燃爆危害33名词解释名词解释闪点闪点闪燃闪燃爆炸上（下）爆炸上（下）限限爆炸（浓爆炸（浓度）极限度）极限自燃点自燃点着火着火 易燃易爆气体或蒸汽与空气的混合物，易燃易爆气体或蒸汽与空气的混合物，或者粉尘与空气的混合物，其浓度必须在或者粉尘与空气的混合物，其浓度必须在一定范围内遇到火源时才发生爆炸。这个一定范围内遇到火源时才发生爆炸。这个能够爆炸的浓度范围叫做该种气体混合物能够爆炸的浓度范围叫做该种气体混合物的爆炸浓度极限，简称爆炸极限。能发生的爆炸浓度极限，简称爆炸极限。能发生爆炸的最低浓度叫作爆炸下限，能发生爆

28、爆炸的最低浓度叫作爆炸下限，能发生爆炸的最高浓度叫作爆炸上限。炸的最高浓度叫作爆炸上限。易燃和可燃液体表面及少数易燃易燃和可燃液体表面及少数易燃固体表面因蒸发或升华存在着一定的可固体表面因蒸发或升华存在着一定的可燃气体，它与空气混合形成易燃易爆气燃气体，它与空气混合形成易燃易爆气体混合物，这种气体混合物遇到火源即体混合物，这种气体混合物遇到火源即可燃烧。如果温度不高，液体蒸发不快，可燃烧。如果温度不高，液体蒸发不快，一经燃烧之后新的气体混合物补充不上一经燃烧之后新的气体混合物补充不上来，则燃烧是一闪即灭，这种燃烧叫作来，则燃烧是一闪即灭，这种燃烧叫作闪燃。闪燃。能引起闪燃的最能引起闪燃的最低温

29、度叫作闪点，闪低温度叫作闪点，闪点越低，危险性越大。点越低，危险性越大。处在某温度下的某物质在外界火处在某温度下的某物质在外界火源点燃时能够燃烧，而且当点火源移源点燃时能够燃烧，而且当点火源移去后仍能继续燃烧的现象叫作着火。去后仍能继续燃烧的现象叫作着火。能引起着火的最低温度叫作燃点或着能引起着火的最低温度叫作燃点或着火点。显然，燃点高于闪点，一般只火点。显然，燃点高于闪点，一般只考虑闪点，不考虑燃点。考虑闪点，不考虑燃点。可燃性物质不需要外来可燃性物质不需要外来点火源就能发生燃烧的最低点火源就能发生燃烧的最低温度，叫作自燃点。温度，叫作自燃点。华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章

30、静电燃爆危害静电燃爆危害34为什么会有爆炸极限的存在呢为什么会有爆炸极限的存在呢这和燃烧爆炸的本质及化学反应过程有关。这和燃烧爆炸的本质及化学反应过程有关。例例CO空空 气气/=12.5%29.5%74%火源火源燃烧难于发生燃烧难于发生=74%所以，对于这种气体混合物，所以，对于这种气体混合物，12.5%12.5%是爆炸下限，是爆炸下限，74%74%是爆炸上限。是爆炸上限。华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 静电燃爆危害静电燃爆危害35华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 爆炸极限与温度、压强、混合物中含氧量、含氮量及容器直径、点火源性质都有关系。温度越高，爆炸极限范围越

31、大；压强增大时，爆炸上限提高；混合物中参入氮及二氧化碳等不燃惰性气体，实际上降低氧含量，爆炸极限范围缩小。容器直径越小，爆炸极限范围越小，每一种气体混合物都有一个临界直径。点火源的强度越高，加热面积越大，作用时间越长，爆炸极限范围越大。气体和蒸汽与空气组成的气体混合物的爆炸极限可按下式计算其爆炸下限 和爆炸上限 ：静电燃爆危害静电燃爆危害36华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 式中N为1个分子可燃性气体完全燃烧所需要的氧原子数。悬浮状态粉尘或纤维在空气中形成的爆炸气体混合物，也有爆炸极限，其浓度单位以 表示。静电燃爆危害静电燃爆危害374.4.4 4.4.4 最小点火能最小点火能

32、点燃或引爆某物质所需要的最小外界能量就称为该物质的最小点火能量。不同物质，往往有着不同的最小点火能量值，其危险程度也不同。按照国际标GJB2528-95，分为类静电危险场所和类静电危险场所等。华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 静电燃爆危害静电燃爆危害定义定义38物质名称闪点/爆炸极限体积/%最小引燃能量/mJ下限上限乙炔乙醛丙酮乙烷乙烯甲酸甲酯醋酸乙酯二硫化碳乙烯基乙炔苯甲醇甲烷硫化氢（气体）-37.8-19（气体）（气体）-18.9-4.4-30（气体）-11.111.1（气体）（气体）1.542.53.02.75.02.11.021.25.55.04.01006013.015

33、.5362311.5601008.0361545.50.0170.371.150.240.070.41.420.0090.0820.20.140.280.068表表 4.3 4.3 可燃性气体、蒸汽和空气混合的引燃参数可燃性气体、蒸汽和空气混合的引燃参数静电燃爆危害静电燃爆危害394.4.5 4.4.5 静电感度静电感度 静电感度是指在给定的实验条件下，火炸药、电火工品等被试品对静电放电刺激量的敏感程度。通常用不同强度的静电放电刺激水平的概率曲线，即“S”曲线来表示。但有时也可采用一定发火概率点上的静电能量和静电电压来表示。国内外标准多用50%的发火概率下的静电能量或静电电压来表示。定义定义华

34、南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 静电燃爆危害静电燃爆危害40华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 相对静电感度是为了比较各种试品静电感度值的相对大小。依据标淮的试验方法，统一测试各种待测样品。根据其相对静电感度值排列出各种被测物质的静电敏感顺序。绝对静电感度即最小点火能，是指在各种ESD模型中挑选最敏感的电路参数，选择最敏感的试验条件来进行静电感度试验。这种方法是以电火工品上实际消耗的静电能量来统计计算其静电感度。这种静电感度值是反映每种试品对静电放电的真实敏感程度。绝对静电感度绝对静电感度 真实静电感度真实静电感度 相对静电感度相对静电感度 静电感度静电感度静电燃爆危

35、害静电燃爆危害41静电燃爆危害静电燃爆危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 “电容性放电”的静电感度值 “电感性放电”的静电感度值按照放电形式的不同按照放电回路储能元件的不同 “火花放电式”静电感度实验方法 “电弧放电式”静电感度实验方法 另外，还有一种“渐近电极”式静电感度试验方法。不同的实验方法，所得的静电感度值亦有所不同。.421火炸药的静电感度火炸药的静电感度 ESD是火炸药意外爆炸事故的主要危害源之一，因此，火炸药静电感度也是静电防护工作中的重要技术指标。静电燃爆危害静电燃爆危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 432 2电爆装置的静电感度电爆装置的静电感

36、度 电爆装置的静电感度是电爆装置的基本性能参数之一。它反映电爆装置在生产、储存、运输和使用中抗静电危害的能力大小，是电爆装置静电放电安全性的重要量度，也是做好弹药、导弹及其他兵器静电安全防护的重要依据。要解决由于静电放电引起的爆炸等偶然事故，必须从产品的设计和工艺等方面解决电爆装置的抗静电问题，在电爆装置的生产和使用中采取静电安全防护措施。由于人体静电是电爆装置最主要和最经常碰到的危险静电源，因此用相对人体的静电感度评估电爆装置的静电安全性是非常有价值的。但仅用相对于人体ESD的静电感度不能全面地评价电爆装置对静电放电的安全性。静电燃爆危害静电燃爆危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第

37、四章 44华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 静电燃爆危害静电燃爆危害3 3电爆装置真实静电感度电爆装置真实静电感度 相对静电感度试验，只能解决电报装置对某种静电源放电敏感程度的排序问题，不能作为电爆装置静电安全界限的依据。为此，出现了电爆装置的真实静电感度测试。454.5 4.5 电子行业的静电危害电子行业的静电危害静电危害造成的损失4.5.1电子产品静电危害的特点4.5.2电子器件静电损伤的失效类型34.5.3造成器件静电危害的基本ESD事件44.5.4电子器件静电放电损伤失效机理4.5.5华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 464.5 4.5 电子行业的静电危害电

38、子行业的静电危害4.5.1 4.5.1 静电危害造成的损失静电危害造成的损失 电子器件对静电的敏感度越来越高，如今ESD在各个方面影响着工业生产率和产品的质量。有人指出ESD对电子工业造成的损失每年高达数十亿美元。部门最低损失率最高损失率平均损失率期间制造厂4%97%16%22%分销商3%70%9%15%承销商2%35%8%14%用户5%70%27%33%表表 4.4 4.4 静电放电造成电子器件损失情况静电放电造成电子器件损失情况华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 47华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 4.5.2 4.5.2 电子产品静电危害的特点电子产品静电危害的

39、特点电子行业的静电危害电子行业的静电危害隐蔽性隐蔽性普遍性和随机性普遍性和随机性特点特点 电子元器件的静电放电损伤有可能在产品从加工制造到使用维护的任一环节、任一步骤时发生，具有很大的普通性和随机性。在电子器件的制造和使用过程中，电子元器件常在人们不知不觉中受到损伤。电子产品在生产线上，器件由于带电也会发生静电放电，会在不知不觉中使器件受到损伤。48电子行业的静电危害电子行业的静电危害4.5.3 4.5.3 电子器件静电损伤的实效类型电子器件静电损伤的实效类型 一般将电子器件静电损伤的失效类型分为突发性失效和潜在性失效。华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 潜在性失效突发性失效 指当

40、电子器件暴露在ESD环境中时，电路参数可能明显发生变化，它的功能可能丧失。据统计，在受静电损伤的半导体器件中，突发性失效约占失效总数的10%10%。指当器件暴露在ESD环境中，可能引起器件性能的部分退化，但并不影响它发挥应有的功能。器件的生命周期大大缩减。这种失效难以预测，修复费用昂贵，使可靠性大大降低。据统计，潜在性缓慢失效占电子元器件静电放电失效总数的90%90%，其危害性极大。49电子行业的静电危害电子行业的静电危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 4.5.4 4.5.4 造成器件静电危害的基本造成器件静电危害的基本ESDESD事件事件 一般来说，器件的ESD损伤由下列三种

41、情况之一造成：直接对器件的静电放电直接对器件的静电放电带电器件对其他导体的静电放电带电器件对其他导体的静电放电场感应放电场感应放电 静电放电敏感器件(ESDS)对静电放电的敏感程度由器件对放电能量的消散能力和对电压的耐受能力衡量。这叫做器件的器件的ESD敏感度敏感度。Electrostatic Discharge Sensitive Device50电子行业的静电危害电子行业的静电危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 1 1带电体对器件的静电放电带电体对器件的静电放电2 2带电器件对其他导体的带电器件对其他导体的静电放电静电放电3 3电场感应放电电场感应放电1 1 ESD事件常常

42、发生在带电导体(包括人体)对ESM的放电过程中。一般的静电危害是人体或带电导体直接对ESDS放电造成的。带电体对器件的静电放电带电体对器件的静电放电2 2带电器件对其他导体的静电放电带电器件对其他导体的静电放电 当静电放电敏感器件在操作过程中，或者与包装材料、机器表面接触后，就会积累静电荷。器件在自动化设备的装配过程中更易受到损伤。器件在生产线中滑行时带电，如果再与插入头或其他导体表面接触，就会对金属物体瞬时放电。3 3电场感应放电电场感应放电 感应场可以直接或间接地对器件造成危害。因为任何带电体周围都存在静电场。如果ESDS器件进入静电场范围，就会因为感应而带电。如果器件在电场区域内接地，电

43、荷转移到地的过程称为CDM事件。如果器件远离电场然后再接地，就会发生第二种CMD事件，不过此时从器件上发生转移的电荷极性与前者相反。51华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 电子行业的静电危害电子行业的静电危害4.5.5 4.5.5 电子器件静电放电损伤失效机理电子器件静电放电损伤失效机理 静电放电造成电子器件损伤的失效机理包括：热二次击穿、金属导电层熔融、介质击穿、气体电弧放电、表面击穿和体击穿。其中，热二次击穿、金属导电层熔融和体击穿主要决定于放电电流或功率，介质击穿、气体电弧放电和表面击穿主要决定于放电电压。对于集成电路和半导体分离器件而言，上述各项失效机理部有可能出现。52电

44、子行业的静电危害电子行业的静电危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 电子器件静电放电子器件静电放电损伤失效机理电损伤失效机理1.热二次击穿（雪崩击穿）热二次击穿（雪崩击穿）由于半导体材料的热时间常数通常比静电放电脉冲的持续时间长，故静电放电产生的热量几乎不会从功率耗散面积上向外扩散，因而在器件内可以形成大的温度梯度。局部结温可以接近材料的熔融温度，通常导致热点扩大，然后由于熔融而短路。这种现象叫做热二次击穿。这种失效 机理是一种与电流或功率相关 的过程。2.金属导电层熔化金属导电层熔化 当静电放电的瞬变过程使元器件的温度增大到足以熔化金属化层或使键合引线烧熔时，引起失效。通过理论

45、计算可以得到使各种材料导致失效的电流，它和截面积及电流的持续时间有关。3.3.介质击穿介质击穿 加在绝缘区两端的电压超过介质固有的击穿电压强度时，就要发生介质击穿。这种失效主要是由于电压而不是由于功率造成的。根据脉冲能量的大小，可以导致元器件全面退化或有限的性能降低。MOS晶体管或MOS电容器由ESD引起的 主要损伤机理之一是栅氧化 层击穿。4.气体电弧放电气体电弧放电 如果元器件中未被钝化的薄层电极之间间距很小，气体电弧放电能使元器件的电性能降低，也会引起金属汽化并常常使金属离开电极。在熔融和熔断时，金属聚拢而流动或沿电极方向而断开。在间隙处存在细小的金属球，但尚不足以引起桥接。对于没有钝化

46、层覆盖的薄金属电极，短路不会成为一个 主要问题。5.5.表面击穿表面击穿 对于垂直结，表而穿被认为是表面处的结空间电荷区域变窄，引起局部雪崩倍增过程。表面击穿期间消耗的损失功率通常是无法预计的。表面击穿的毁坏区域使结周围有大的漏电流通路，从而使结的作用消失。这种效应属于电压敏感效应。表面失效的另一种模式是在绝缘材科周围发生电弧，发生在金属和半导体之间。6.6.体击穿体击穿 体击穿是在结区由于局部高温致使结的参数变化形成的。由于局部高温会使金属层熔化或杂质扩散导致结参数发生很大变化，通常的结果是形成与结并联的电阻通路。种效应通常发生在热二次击穿之后。534.6 4.6 静电电击危害静电电击危害电

47、流对人体的作用摆脱阈值感知阈值室颤阈值4.6.1 4.6.1 静电放电对人体电击的感知阈值静电放电对人体电击的感知阈值 先给高压电容器充电，然后通过高压开关对人体放电，调整电压，直到人刚好感觉到有电刺激时，记录对应的最大电压。以此取5次以上的平均值，以确定实验对象在此电容器放电条件下的感知阈值。华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 54实验序次12345678910均值感知电压/kV1.181.151.601.121.171.151.141.131.151.131.15感知电量/C 0.590.580.580.560.590.580.570.570.580.570.57感知能量/mJ

48、0.350.330.340.310.340.330.320.320.330.320.33表表4.5 4.5 同一个实验对象用同一电容器（同一个实验对象用同一电容器（500pF500pF）放电时的感知阈值）放电时的感知阈值静电电击危害静电电击危害华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 55华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 静电电击危害静电电击危害由表由表4.5可知可知 每个人对静每个人对静电放电有确定的电放电有确定的感知阈值；感知阈值；放电条放电条 件相同时，不同件相同时，不同人的感知阈值有人的感知阈值有一定一定 差别。差别。在一定在一定 条件下决定人条件下决定人体对静电放

49、电感知体对静电放电感知阈值的静电参数主阈值的静电参数主要是放电的电量；要是放电的电量；564.6.2 4.6.2 静电放电对人体电击的疼痛阈值静电放电对人体电击的疼痛阈值 疼痛阈值：疼痛阈值：是指人体加冲击电流不引起疼痛时，电量或比能量（）的最大值。由于确定疼痛闻值需要相当高的电压对人体直接放电，虽然这种电击实验不会引起生命危险，但是由于在生理上产生使人痛苦的电击以及心理上对高压电的恐惧，实验难度比较大实验难度比较大。其实验程序与感知阈值实验相同，所不同的是ESD电击直至使人体产生难以忍受的疼痛时，记录产生疼痛时所对应的放电电压。实验结果如表4.6所示。华南理工大学华南理工大学静电理论与防护

50、第四章 静电电击危害静电电击危害57华南理工大学华南理工大学静电理论与防护 第四章 静电电击危害静电电击危害放电电容/pF1002005001000疼痛电压/kV25146.03.1疼痛能量/mJ31.319.69.04.8疼痛比能/()62.639.218.09.6感知电量/C2.52.83.03.1表表4.6 4.6 人体人体ESDESD电击疼痛阈值电击疼痛阈值 由表4.6可知，在ESD电流流经四肢，接触面积较大的条件下，对于小电容放电，疼痛阈值亦主要决定于放电电量，约为3C。584.6.3 4.6.3 带电人体对接地导体放电时的生理反应带电人体对接地导体放电时的生理反应 为了全面考察静电