1、6 2.静电放电的特点静电放电的特点 （2）静电放电会产生强烈的电磁辐射形成电磁静电放电会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲（脉冲（EMP）。近年来随着静电测试技术、测量仪器及测试手段的近年来随着静电测试技术、测量仪器及测试手段的发展，人们对发展，人们对ESD这一瞬态过程认识越来越清楚。在这一瞬态过程认识越来越清楚。在ESD过程中会产生上升时间极快、持续时间极短的初始过程中会产生上升时间极快、持续时间极短的初始大电流脉冲，并产生强烈的电磁辐射，形成静电放电电大电流脉冲，并产生强烈的电磁辐射，形成静电放电电磁脉冲。它的电磁能量往往会引起电子系统中敏感部件磁脉冲。它的电磁能量往往会引起电子系统中敏感部
2、件的损坏、翻转，使某些装置中的电火工品误爆，造成事的损坏、翻转，使某些装置中的电火工品误爆，造成事故。故。第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析17二、静电放电的类型 由于带电体可能是固体、流体、粉体以及其由于带电体可能是固体、流体、粉体以及其他条件不同，静电放电可能有多种形态，根据其他条件不同，静电放电可能有多种形态，根据其特点，并从防止静电危害方面来考虑，放电类型特点，并从防止静电危害方面来考虑，放电类型主要有主要有7种，即电晕放电，火花放电，刷型放电，种，即电晕放电，火花放电，刷型放电，传播型刷型放电，大型料仓内的粉堆放电，雷状传播型刷型放电，大型料仓内的粉堆放电，雷状放
3、电，电场辐射放电。放电，电场辐射放电。后面还要专门讲气体放电后面还要专门讲气体放电理论，现在只作简单介绍理论，现在只作简单介绍。第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析18 电晕放电是发生在极不均匀的电场中，空气被局部电晕放电是发生在极不均匀的电场中，空气被局部电离的一种放电形式电离的一种放电形式。如要引发电晕放电，通常要求电极或带电体附近的如要引发电晕放电，通常要求电极或带电体附近的电场较强。对于两极间的静电放电，只有当某一电极或两电场较强。对于两极间的静电放电，只有当某一电极或两个电极本身的尺寸比起极间距离小得多时才会出现电晕放个电极本身的尺寸比起极间距离小得多时才会出现电晕
4、放电。电。电晕放电根据电极形状的不同可以分为：线线，线电晕放电根据电极形状的不同可以分为：线线，线筒，线板，尖端平板式等。筒，线板，尖端平板式等。以尖端和平板电极结构为例简单介绍电晕放电的机以尖端和平板电极结构为例简单介绍电晕放电的机制及其主要特点：制及其主要特点：9 A1410 两极间电压小于某一定值时，极间两极间电压小于某一定值时，极间任何部分的场强均未超过空气的击穿强任何部分的场强均未超过空气的击穿强度，两极间任何地方都不会产生显著的度，两极间任何地方都不会产生显著的空气电离现象。但两极间却有一定的电空气电离现象。但两极间却有一定的电流通过，随着外电压升高而增加，最终流通过，随着外电压升
5、高而增加，最终达到一饱和值。达到一饱和值。饱和电流的量级为饱和电流的量级为 当极间电压升高到某一特定值当极间电压升高到某一特定值 时，尖端附近时，尖端附近的场强开始超过空气的击穿场强，进入这一区域的电的场强开始超过空气的击穿场强，进入这一区域的电子被电场加速获得足够的能量。当与中性分子或原子子被电场加速获得足够的能量。当与中性分子或原子碰撞时引起电离，产生正离子和新的电子，新的电子碰撞时引起电离，产生正离子和新的电子，新的电子也会以同样的方式产生下一代的离子、电子对，这样也会以同样的方式产生下一代的离子、电子对，这样在尖端附近就像雪崩式的形成了电子崩。但是这一过在尖端附近就像雪崩式的形成了电子
6、崩。但是这一过程仅在尖端附近才能维持，而极间其它地方由于场强程仅在尖端附近才能维持，而极间其它地方由于场强较小不能维持这一过程。较小不能维持这一过程。cU尖端和平板电极结构尖端和平板电极结构10 在电晕放电过程中，空气被电离的同时，也会产生空在电晕放电过程中，空气被电离的同时，也会产生空气分子或原子的激发，处于激发状态的分子或原子回到基气分子或原子的激发，处于激发状态的分子或原子回到基态时会放出光，因此，在电晕放电时尖端附近可以看到淡态时会放出光，因此，在电晕放电时尖端附近可以看到淡蓝色的光晕，所以叫做蓝色的光晕，所以叫做电晕放电电晕放电。但是形成标志为放电电。但是形成标志为放电电流由饱和电流
7、流由饱和电流1014A突然上升到突然上升到106A左右左右.根据放电尖端的极性不同，电晕放电被分为根据放电尖端的极性不同，电晕放电被分为正电晕正电晕和和负电晕负电晕两种类型。当放电尖端为阴极时，产生的电晕放电两种类型。当放电尖端为阴极时，产生的电晕放电为负电晕；当放电尖端为阳极时，产生的电晕放电被称为为负电晕；当放电尖端为阳极时，产生的电晕放电被称为正电晕。正电晕。从电晕放电产生的电晕的形状来看，负电晕是包围着从电晕放电产生的电晕的形状来看，负电晕是包围着放电尖端的均匀光晕圈，而正电晕则呈现出非均匀的丝状。放电尖端的均匀光晕圈，而正电晕则呈现出非均匀的丝状。一般来讲，正电晕的起晕电压要比负电晕
8、的起晕电压要高。一般来讲，正电晕的起晕电压要比负电晕的起晕电压要高。11 电晕放电的电晕放电的电流很小电流很小，一般在，一般在1微安到几百微安到几百个微安之间，一般不具备引燃、引爆能力。而且个微安之间，一般不具备引燃、引爆能力。而且电晕放电的许多特点还被人们广泛利用，如在静电晕放电的许多特点还被人们广泛利用，如在静电除尘、静电分离和静电消除等都用到了电晕放电除尘、静电分离和静电消除等都用到了电晕放电技术。电技术。当然，电晕放电也有其当然，电晕放电也有其有害的一面有害的一面，尤其严，尤其严重的是电晕放电会给许多系统造成电磁干扰。飞重的是电晕放电会给许多系统造成电磁干扰。飞机、航天器的通讯或导弹在
9、飞行过程中，机壳或机、航天器的通讯或导弹在飞行过程中，机壳或弹体上会因摩擦而产生静电，当静电电位足够高弹体上会因摩擦而产生静电，当静电电位足够高时可引发电晕放电，而电晕放电形成的时可引发电晕放电，而电晕放电形成的电磁干扰电磁干扰会对飞机、航天器或导弹的指导系统产生干扰，会对飞机、航天器或导弹的指导系统产生干扰，造成通讯中断或指导失灵，引发事故。另外，高造成通讯中断或指导失灵，引发事故。另外，高压输电线上的电晕放电会造成压输电线上的电晕放电会造成不必要的电力浪费不必要的电力浪费。第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析112 当静电电位比较高的带电导体或人体靠近其他导当静电电位比较
10、高的带电导体或人体靠近其他导体、人体或者接地导体时，便会引发静电火花放体、人体或者接地导体时，便会引发静电火花放电电。静电火花放电是一个瞬变的过程，放电时两。静电火花放电是一个瞬变的过程，放电时两放电体之间的空气被击穿，形成放电体之间的空气被击穿，形成“快如闪电快如闪电”的的火花通道，与此同时还伴有噼啪的爆裂声，爆裂火花通道，与此同时还伴有噼啪的爆裂声，爆裂声是由于火花通道内的空气温度急剧上升形成的声是由于火花通道内的空气温度急剧上升形成的气压冲击波造成的。气压冲击波造成的。在在发生火花放电时，静电能量瞬时集中释放，其发生火花放电时，静电能量瞬时集中释放，其引燃、引爆能力较强引燃、引爆能力较强
11、。另外静电火花放电产生的。另外静电火花放电产生的放电电流及电磁脉冲具有较大的破坏力，可以对放电电流及电磁脉冲具有较大的破坏力，可以对一些敏感的电子器件和设备造成损害。一些敏感的电子器件和设备造成损害。13第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析1 带电导体产生的静电火花放电与人体产带电导体产生的静电火花放电与人体产生的静电火花放电是不完全相同的生的静电火花放电是不完全相同的，在多数，在多数情况下，导体上的静电放电，产生一次火花情况下，导体上的静电放电，产生一次火花通道就能释放掉绝大部分静电电荷。而对于通道就能释放掉绝大部分静电电荷。而对于人体来说，由于人体阻抗是随人体静电电位人体
12、来说，由于人体阻抗是随人体静电电位变化的，在一次放电过程中可能包含了多次变化的，在一次放电过程中可能包含了多次火花通道的形成、消失过程，即重复放电。火花通道的形成、消失过程，即重复放电。每次放电过程中仅仅放掉一部分静电电荷，每次放电过程中仅仅放掉一部分静电电荷，即每次仅释放人体静电能量的一部分。即每次仅释放人体静电能量的一部分。14第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析1 3.刷形放电刷形放电 这种放电往往发生在导体与带电绝缘体之间，这种放电往往发生在导体与带电绝缘体之间，带电绝缘体可以是固体、气体或低电导率的液体。带电绝缘体可以是固体、气体或低电导率的液体。产生刷型放电时形成
13、的放电通道在导体一端集中产生刷型放电时形成的放电通道在导体一端集中在某一点上，而在绝缘体一端有较多分叉，分布在某一点上，而在绝缘体一端有较多分叉，分布在一定空间范围内，根据其放电通道的形状，这在一定空间范围内，根据其放电通道的形状，这种放电被称为种放电被称为刷形放电。刷形放电。刷形放电所释放的能量和在绝缘体上产生的刷形放电所释放的能量和在绝缘体上产生的放电区域及形状，与绝缘体相对于导体的电位极放电区域及形状，与绝缘体相对于导体的电位极性有关。性有关。当当绝缘体相对于导体为正电位时绝缘体相对于导体为正电位时，在绝缘体，在绝缘体上产生的放电区域为均匀的圆状，放电面积比较上产生的放电区域为均匀的圆状
14、，放电面积比较小，释放的能量也比较小。小，释放的能量也比较小。15第五章第五章 静电危害及其分析静电危害及其分析1 当绝缘体相对于导体为负电位时当绝缘体相对于导体为负电位时，在绝缘体上，在绝缘体上产生的放电区域是不规则的星状区域，区域面积比产生的放电区域是不规则的星状区域，区域面积比较大，释放的能量也比较多。较大，释放的能量也比较多。一般来说，刷型放电释放的一般来说，刷型放电释放的能量可高达能量可高达4mJ，因此它可引燃、引爆大多数的可燃气体，但它一般因此它可引燃、引爆大多数的可燃气体，但它一般不会引起粉体的爆炸。不会引起粉体的爆炸。4.传播型传播型刷型放电 传播型刷形放电又称为沿面放电传播型
15、刷形放电又称为沿面放电，只有当绝缘，只有当绝缘体表面电荷密度大于体表面电荷密度大于2.7X104Cm2时，才可能发时，才可能发生。但在常温、常压下，如此高的电荷面密度生。但在常温、常压下，如此高的电荷面密度较难较难出现出现。一般当绝缘板一侧紧贴有接地金属板，或者。一般当绝缘板一侧紧贴有接地金属板，或者当电介质被高度极化时，才有可能出现。当电介质被高度极化时，才有可能出现。因为在空气中单极性绝缘体表面电荷密因为在空气中单极性绝缘体表面电荷密度的极限值约为度的极限值约为2.7*10-4C/m2，超过时，超过时就会使空气电离。只有当绝缘体两侧带就会使空气电离。只有当绝缘体两侧带有不同极性的电荷且厚度
16、小于有不同极性的电荷且厚度小于8mm时，时，才有可能出现这样高的电荷密度，此时才有可能出现这样高的电荷密度，此时绝缘体内部场强很强，而在空气中则较绝缘体内部场强很强，而在空气中则较弱。弱。16第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析1 当金属导体靠近带电绝缘体表面时，外部电场当金属导体靠近带电绝缘体表面时，外部电场得到增强，也可引发刷形放电。得到增强，也可引发刷形放电。刷形放电导致绝缘刷形放电导致绝缘板上某一小部分的电荷被中和，与此同时，它周围板上某一小部分的电荷被中和，与此同时，它周围部分高密度表面电荷便在此处形成很强的径向电场，部分高密度表面电荷便在此处形成很强的径向电场，这
17、一电场会导致进一步的击穿，这样放电沿着整个这一电场会导致进一步的击穿，这样放电沿着整个绝缘板的表面传播开来，直到所有的电荷全部被中绝缘板的表面传播开来，直到所有的电荷全部被中和和。传播型刷形放电释放的能量很大，有时候可以传播型刷形放电释放的能量很大，有时候可以达到数焦耳，因此其引燃、引爆能力极强。达到数焦耳，因此其引燃、引爆能力极强。实际生实际生产中，这种很高的表面电荷密度，在气流输送粉料产中，这种很高的表面电荷密度，在气流输送粉料和灌装大型容器的设备为绝缘材质或者带有绝缘层和灌装大型容器的设备为绝缘材质或者带有绝缘层的金属材质时，比较容易发生。的金属材质时，比较容易发生。17第五章第五章 静
18、电放电及其危害分析静电放电及其危害分析1 5.大型料仓内的粉堆大型料仓内的粉堆放电 当把绝缘性很高的粉粒由气流输送，经过管当把绝缘性很高的粉粒由气流输送，经过管道和滑槽进入大型料仓时，在沉积的粉堆表面可道和滑槽进入大型料仓时，在沉积的粉堆表面可能发生强烈的放电，放电能量可达能发生强烈的放电，放电能量可达10mJ。粉料沉积后，其体电荷密度迅速增加，表面粉料沉积后，其体电荷密度迅速增加，表面的场强也相应增强，当场强增加到一定程度时，的场强也相应增强，当场强增加到一定程度时，首先在粉堆的顶部产生空气的电离，形成从仓壁首先在粉堆的顶部产生空气的电离，形成从仓壁到粉堆顶部的等离子体导电通道，产生粉堆与仓
19、到粉堆顶部的等离子体导电通道，产生粉堆与仓璧之间的静电放电。璧之间的静电放电。一般来说，料仓的体积越大，粉体进入料仓一般来说，料仓的体积越大，粉体进入料仓时流量越高，粉粒绝缘性能越好，越容易形成放时流量越高，粉粒绝缘性能越好，越容易形成放电。这种放电一般可能发生在容积达到电。这种放电一般可能发生在容积达到1003或者或者更大的料仓中。更大的料仓中。18第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析1 6.雷状雷状放电 这这是一种大型的空间放电形式是一种大型的空间放电形式，最初在火山，最初在火山爆发的尘埃中出现过，近年来在试验中得到证实。爆发的尘埃中出现过，近年来在试验中得到证实。但在实
20、际工业生产中尚未发生过。有研究者认为，但在实际工业生产中尚未发生过。有研究者认为，容器体积小于容器体积小于60m3或者柱形容器的直径小于或者柱形容器的直径小于3m时不会发生这种放电。时不会发生这种放电。7.电场辐射电场辐射放电 电场辐射放电依赖于高电场强度下的气体电电场辐射放电依赖于高电场强度下的气体电离离，当带电体附近的电场强度达到，当带电体附近的电场强度达到3MVm时，时，这种放电就有可能发生。放电时，带电体表面可这种放电就有可能发生。放电时，带电体表面可能发射电子。这类放电能量比较小，引燃引爆能能发射电子。这类放电能量比较小，引燃引爆能力弱，出现这种放电的概率比较低。力弱，出现这种放电的
21、概率比较低。19 静电危害主要来源于静电的力学效应、热效静电危害主要来源于静电的力学效应、热效应、电磁效应、静电电击等。应、电磁效应、静电电击等。一、静电力学效应造成的危害一、静电力学效应造成的危害生产的障碍生产的障碍 在积聚有静电荷的物体周围存在着静电场，在积聚有静电荷的物体周围存在着静电场，静电场可以使介质极化，在库仑力的作用下，悬静电场可以使介质极化，在库仑力的作用下，悬浮在空气中的尘埃被吸附在物体上污染环境，影浮在空气中的尘埃被吸附在物体上污染环境，影响产品质量。响产品质量。产品吸附尘埃，影响产品质量；产品吸附尘埃，影响产品质量；微电子业，尘埃吸附芯片上，使成品率下降；微电子业，尘埃吸
22、附芯片上，使成品率下降；纺织业，影响产品质量及生产效率；纺织业，影响产品质量及生产效率；印刷业，使自动化生产受到影响；印刷业，使自动化生产受到影响；粉体加工行业，造成气力输送管道不畅通。粉体加工行业，造成气力输送管道不畅通。第五章第五章 静电放电及其危害分静电放电及其危害分220第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析2二、二、ESD热效应造成的危害热效应造成的危害危险场所的点火危险场所的点火源和引爆源，微电子器件的损伤源源和引爆源，微电子器件的损伤源 一般来说，静电火花放电和刷型放电都是在一般来说，静电火花放电和刷型放电都是在微秒或纳秒量级完成的。微秒或纳秒量级完成的。放电瞬间
23、回路通过数安放电瞬间回路通过数安培的大电流使空气电离、击穿、发光、发热，形培的大电流使空气电离、击穿、发光、发热，形成局部的高温热源成局部的高温热源。u 这种局部高温热源可以引起易燃、易爆气体燃烧、爆这种局部高温热源可以引起易燃、易爆气体燃烧、爆炸，也可以使火炸药、电雷管、电引信等各种电发火装置炸，也可以使火炸药、电雷管、电引信等各种电发火装置意外发火，引起爆炸事故。意外发火，引起爆炸事故。u 在微电子领域，放电过程是在在微电子领域，放电过程是在0.1us时间内释放的，时间内释放的，其平均功率可达几千瓦。如此大的短脉冲电流作用在器件其平均功率可达几千瓦。如此大的短脉冲电流作用在器件上，可以使得
24、硅片上微区熔化，使得铝互连局部区域发生上，可以使得硅片上微区熔化，使得铝互连局部区域发生球化，甚至烧毁球化，甚至烧毁PN结和金属互连线，形成破坏性的结和金属互连线，形成破坏性的“热热电击穿电击穿”，导致电路损坏失效。，导致电路损坏失效。21第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析2三、高压静电场引起的介质击穿和潜在性危害三、高压静电场引起的介质击穿和潜在性危害 静电荷在物体上的积累往往使物体对地具有高电压，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。在附近形成强电场。u高压静电场也可以使多层布线电路间介质击穿或金属导高压静电场也可以使多层布线电路间介质击穿或金
25、属导线间介质击穿，造成电路失效。线间介质击穿，造成电路失效。u因为绝缘材料的雪崩击穿需要一定的时间，所以高压静因为绝缘材料的雪崩击穿需要一定的时间，所以高压静电场也常常导致潜在的危害，使设备或者电路的可靠性降电场也常常导致潜在的危害，使设备或者电路的可靠性降低。低。u高压静电场也可能造成同步发电机、大型变压器的绝缘高压静电场也可能造成同步发电机、大型变压器的绝缘绕组间的绝缘层击穿，产生破坏性后果绕组间的绝缘层击穿，产生破坏性后果。据报道，曾有据报道，曾有同步发电机因绕组槽绝缘嵌条运转中与空气摩擦产生静电同步发电机因绕组槽绝缘嵌条运转中与空气摩擦产生静电导致绝缘介质击穿短路，电机烧毁。导致绝缘介
26、质击穿短路，电机烧毁。22第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析2四、四、ESD的电磁效应是信息化时代电子装备的主的电磁效应是信息化时代电子装备的主要危害源之一要危害源之一 静电放电过程是电位、电流随机瞬时变化的静电放电过程是电位、电流随机瞬时变化的电磁辐射过程。无论是放电能量较小的电晕放电，电磁辐射过程。无论是放电能量较小的电晕放电，还是放电能量较大的火花放电，都可以产生电磁还是放电能量较大的火花放电，都可以产生电磁辐射。这种近场的静电放电、电磁辐射对各种电辐射。这种近场的静电放电、电磁辐射对各种电子设备、信息化系统都可以造成电磁干扰。子设备、信息化系统都可以造成电磁干扰。E
27、SD电磁干扰属于宽带干扰，从低频直到几电磁干扰属于宽带干扰，从低频直到几个个G赫兹以上。赫兹以上。23 电晕放电电晕放电是出现在飞机机翼、螺旋桨及天线和是出现在飞机机翼、螺旋桨及天线和火箭、导弹表面等尖端或细线部位，产生兆到火箭、导弹表面等尖端或细线部位，产生兆到吉赫兹范围的电磁干扰，使飞机、火箭等空间吉赫兹范围的电磁干扰，使飞机、火箭等空间飞行器与地面的无线通讯中断，导弹系统不能飞行器与地面的无线通讯中断，导弹系统不能正常工作，使卫星姿态失控，造成严重后果。正常工作，使卫星姿态失控，造成严重后果。另外，电晕放电产生的噪声，对某些家用电器另外，电晕放电产生的噪声，对某些家用电器和电信号检测工作
28、也会造成电磁干扰。和电信号检测工作也会造成电磁干扰。传播型刷型放电传播型刷型放电和和火花放电火花放电都是静电能量比较都是静电能量比较大的大的ESD过程，即使采取了比较完备的电磁屏过程，即使采取了比较完备的电磁屏蔽措施，蔽措施，ESD的大电流脉冲仍会在仪器外壳上的大电流脉冲仍会在仪器外壳上产生大压降，这种瞬时的电压跳变，会造成被产生大压降，这种瞬时的电压跳变，会造成被屏蔽的内部电路出现感应脉冲而引起电路故障。屏蔽的内部电路出现感应脉冲而引起电路故障。24第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析2五、五、ESD对人体电击可以造成对人体电击可以造成“二次二次”危害事故危害事故 当带电人
29、体接近接地导体或机器设备等较大当带电人体接近接地导体或机器设备等较大金属物体时，会形成火花放电，相反的情况是当金属物体时，会形成火花放电，相反的情况是当人体接近带有高电压的导体时，也会形成火花放人体接近带有高电压的导体时，也会形成火花放电，这两种静电放电都会使人体受到电击。由于电，这两种静电放电都会使人体受到电击。由于人体受到电击而带来的精神紧张，往往会造成手人体受到电击而带来的精神紧张，往往会造成手脚动作失常，被机器设备碰伤或从高空坠落，构脚动作失常，被机器设备碰伤或从高空坠落，构成静电危害的成静电危害的“二次事故二次事故”。25第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析2六、静
30、电感应放电引发的事故六、静电感应放电引发的事故 人体和金属之类的静电导体，在静电场中可人体和金属之类的静电导体，在静电场中可以发生静电感应现象，造成意外的火花放电。也以发生静电感应现象，造成意外的火花放电。也就是说两个很远的带电体本来不会发生放电，但就是说两个很远的带电体本来不会发生放电，但是由于人体或者其他静电导体移动到中间，从而是由于人体或者其他静电导体移动到中间，从而发生火花放电，引起静电危害。下图是示意图发生火花放电，引起静电危害。下图是示意图.-+静电感应放电现象示意图静电感应放电现象示意图26 某兵工厂曾发生过这样的事故：当一个人脱换衣某兵工厂曾发生过这样的事故：当一个人脱换衣服进
31、入车间，走近危险品操作工人时，一操作人服进入车间，走近危险品操作工人时，一操作人员手中的电爆元件发生爆炸，造成意外伤人事故。员手中的电爆元件发生爆炸，造成意外伤人事故。所以，静电安全规范中规定：进入危险场所的所所以，静电安全规范中规定：进入危险场所的所有人员都要按要求采取静电防护措施，无关人员有人员都要按要求采取静电防护措施，无关人员不得随意靠近正在操作危险品的工作人员。不得随意靠近正在操作危险品的工作人员。27一、静电危害的分类 静电危害的分类按其形成危害的客体种类和静电危害的分类按其形成危害的客体种类和危害后果及发生危害的行业或专业领域不同可有危害后果及发生危害的行业或专业领域不同可有三种
32、分类方法。三种分类方法。第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析3u按客体种类分类按客体种类分类：导致静：导致静电危害的主要是固体、液体、电危害的主要是固体、液体、粉体和气体。这种分类方法粉体和气体。这种分类方法和比例是针对全社会不同行和比例是针对全社会不同行业、不同生产条件下发生静业、不同生产条件下发生静电危害情况的综合统计结果。电危害情况的综合统计结果。右图是各种客体造成危害所右图是各种客体造成危害所占的比例。占的比例。28第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析3u按危害后果、性质分类按危害后果、性质分类：一般可分为人体遭：一般可分为人体遭受电击，形成火灾、爆
33、炸等恶性事故及影响生受电击，形成火灾、爆炸等恶性事故及影响生产和干扰电子设备（简称生产障害）等三种危产和干扰电子设备（简称生产障害）等三种危害形态。下图表示的是两次社会调查得出的静害形态。下图表示的是两次社会调查得出的静电危害三种形态所占的比例。电危害三种形态所占的比例。29第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析3u按行业、专业领域分类按行业、专业领域分类：u对于静电引起的火灾爆炸事故等恶性事故来对于静电引起的火灾爆炸事故等恶性事故来说，以石油、化工、橡胶、印刷、造纸、粉体说，以石油、化工、橡胶、印刷、造纸、粉体加工、核弹药、火工品生产等领域最为严重。加工、核弹药、火工品生产等
34、领域最为严重。就工艺种类而言，以输送、装卸、搅拌、喷射、就工艺种类而言，以输送、装卸、搅拌、喷射、开卷和卷缠、涂敷、研磨等工艺过程事故最多。开卷和卷缠、涂敷、研磨等工艺过程事故最多。据日本自治省防卫厅对全国火灾调查统计，在据日本自治省防卫厅对全国火灾调查统计，在上述行业中由于静电引起的火灾每年大约有上述行业中由于静电引起的火灾每年大约有100起。起。30 1.由固体静电起电造成的危害实例与分析由固体静电起电造成的危害实例与分析 1981年年12月月26日，某厂弹药装配车间涂油工序，当一发日，某厂弹药装配车间涂油工序，当一发组装完的炮弹在铺有含油海绵（吸有组装完的炮弹在铺有含油海绵（吸有30%的
35、炮油和的炮油和70%的汽油混合物）的工作案上快速滚动过去时，突然起火，的汽油混合物）的工作案上快速滚动过去时，突然起火，引燃了周围可燃物，顿时燃起熊熊大火。幸亏在场的老引燃了周围可燃物，顿时燃起熊熊大火。幸亏在场的老工人临危不惧，即时将火扑灭，才免于引起一场更大的工人临危不惧，即时将火扑灭，才免于引起一场更大的严重恶性事故。严重恶性事故。这场着火事故是由于海绵与弹筒之间摩擦，滚动中的摩这场着火事故是由于海绵与弹筒之间摩擦，滚动中的摩擦接触分离，积累了很高的静电电压而发生静电放电擦接触分离，积累了很高的静电电压而发生静电放电（事后测量电压在（事后测量电压在10kV以上），引燃汽油蒸气，致使炮以上
36、），引燃汽油蒸气，致使炮油和汽油混合物着火。可以估算一下，若弹体电容为油和汽油混合物着火。可以估算一下，若弹体电容为100pF，快速滚动时，产生，快速滚动时，产生10kV电压，其储能达电压，其储能达5mJ,远远远超过汽油最小点火能。远超过汽油最小点火能。31 2.人体静电造成的危害实例与分析人体静电造成的危害实例与分析（1）1986年冬季东北某军工厂，弹药修理技术人员年冬季东北某军工厂，弹药修理技术人员*，吃过早饭后，第一个来到车间上班，脱去大衣，走进黑吃过早饭后，第一个来到车间上班，脱去大衣，走进黑火药箱附近坐下来操作。这时突然火药箱附近坐下来操作。这时突然“轰轰”一声巨响，黑一声巨响，黑火
37、药爆炸，房顶被掀开，该技术员牺牲。火药爆炸，房顶被掀开，该技术员牺牲。事后现场调查分析，在低温、干燥的大气环境下，该技事后现场调查分析，在低温、干燥的大气环境下，该技术园进入有暖气的车间（相对湿度很低）脱去外衣时，术园进入有暖气的车间（相对湿度很低）脱去外衣时，人体静电可高达数万伏，当他走在车间铺地的绝缘红橡人体静电可高达数万伏，当他走在车间铺地的绝缘红橡胶板上时，人体静电继续保持在最高电位水平，这时接胶板上时，人体静电继续保持在最高电位水平，这时接触黑火药箱就会形成静电火花放电。当时在他身上的静触黑火药箱就会形成静电火花放电。当时在他身上的静电能量可能是黑火药最小点火能的几十倍，在这种情况电
38、能量可能是黑火药最小点火能的几十倍，在这种情况下人体静电放电足以引爆黑火药。下人体静电放电足以引爆黑火药。（2）某家具厂为涂改涂料，工作人员洗涤槽时起火成灾，）某家具厂为涂改涂料，工作人员洗涤槽时起火成灾，涂料室全部烧毁。其原因在于穿橡胶底鞋的工作人员身涂料室全部烧毁。其原因在于穿橡胶底鞋的工作人员身上积累了静电，并与其它物体间发生了静电火花，引燃上积累了静电，并与其它物体间发生了静电火花，引燃周围空间的溶剂蒸气而起火。周围空间的溶剂蒸气而起火。32 3.液体静电造成的危害实例与分析液体静电造成的危害实例与分析（1）某厂在铁路槽车装）某厂在铁路槽车装66#汽油时，当第汽油时，当第5辆车刚刚装满
39、辆车刚刚装满并已经关闭阀门提升鹤管、第并已经关闭阀门提升鹤管、第6辆槽车正处于即将装满的状辆槽车正处于即将装满的状态时，突然第态时，突然第6辆槽车口响了一声，顿时着起大火。当时操辆槽车口响了一声，顿时着起大火。当时操作人员惊慌失措，没有将正在装油的管线风动阀门关闭，作人员惊慌失措，没有将正在装油的管线风动阀门关闭，就脱离了岗位，致使油火大量外溢，顿时整个站台成了一就脱离了岗位，致使油火大量外溢，顿时整个站台成了一片火海。这次事故中烧伤片火海。这次事故中烧伤5人，其中人，其中1人抢救无效死亡。烧人抢救无效死亡。烧毁装油台和两辆油槽车以及汽油等物资设备，造成很大经毁装油台和两辆油槽车以及汽油等物资
40、设备，造成很大经济损失。分析事故原因是：装车速度快（济损失。分析事故原因是：装车速度快（4.1ms），大鹤），大鹤管铝筒产生较大摇动，汽油与管壁冲击摩擦产生大量静电。管铝筒产生较大摇动，汽油与管壁冲击摩擦产生大量静电。大鹤管没有单独接地装置，鹤管上的大量电荷与接地较好大鹤管没有单独接地装置，鹤管上的大量电荷与接地较好的槽车口一接触即可放电产生火花（事故后发现大鹤管铝的槽车口一接触即可放电产生火花（事故后发现大鹤管铝套筒末端和槽车口均有电火花痕迹）。套筒末端和槽车口均有电火花痕迹）。（2）某试剂厂苯成品包装过程中，数次发生火灾。其中有）某试剂厂苯成品包装过程中，数次发生火灾。其中有一次火焰高达一
41、二十米，出动一次火焰高达一二十米，出动17部消防车灭火，苯随水漂部消防车灭火，苯随水漂流，边流边烧，除烧毁房屋和设备外，中毒人数有几百人流，边流边烧，除烧毁房屋和设备外，中毒人数有几百人之多。其原因是由于苯在管道中流速过大，产生高压静电，之多。其原因是由于苯在管道中流速过大，产生高压静电，由静电火花引起火灾。由静电火花引起火灾。33 4.气体静电造成的危害实例与分析气体静电造成的危害实例与分析 纯净的气体是不会出现纯净的气体是不会出现ESD危害的，这里所谓气体静电危危害的，这里所谓气体静电危害是指气体混合物带电造成的事故。害是指气体混合物带电造成的事故。某高压聚乙烯工厂，在泵房压缩输送乙烯气体
42、时，泵房发某高压聚乙烯工厂，在泵房压缩输送乙烯气体时，泵房发生爆炸。分析其事故原因是：由于阀门漏气，泵房内形成生爆炸。分析其事故原因是：由于阀门漏气，泵房内形成爆炸性混合物；压缩的乙烯气体喷出时又产生高压静电，爆炸性混合物；压缩的乙烯气体喷出时又产生高压静电，由静电放电引起爆炸。由静电放电引起爆炸。某工厂沿管道输送高压液化石油气时，发现漏气，检修时某工厂沿管道输送高压液化石油气时，发现漏气，检修时发生爆炸，伤亡发生爆炸，伤亡5人。经分析发生事故的原因是：检修时泵人。经分析发生事故的原因是：检修时泵内残留的液化石油气高速喷出产生高压静电，并由静电放内残留的液化石油气高速喷出产生高压静电，并由静电
43、放电引起爆炸。电引起爆炸。34 这里所举的是具有代表性的一些典型静电危这里所举的是具有代表性的一些典型静电危害事故。这类恶性事故在国内外文献已有不害事故。这类恶性事故在国内外文献已有不少报道，此处不能一一列举。应该指出的是少报道，此处不能一一列举。应该指出的是列举的例子主要揭示和分析了列举的例子主要揭示和分析了ESD热效应造热效应造成的危害，特别是在某些领域成的危害，特别是在某些领域ESD作为点火作为点火源和引爆源给人们造成的火灾和爆炸事故，源和引爆源给人们造成的火灾和爆炸事故，已引起世人的普遍关注。但是，已引起世人的普遍关注。但是，ESD 的电磁的电磁危害或危害或EMP 效应给人类带来的危害
44、也是不容效应给人类带来的危害也是不容忽视的，这种危害在某些情况下，也可能导忽视的，这种危害在某些情况下，也可能导致灾难性后果。致灾难性后果。35 了解静电危害发生的条件对于防止静电危害和研了解静电危害发生的条件对于防止静电危害和研究保护措施是十分必要的，从前面的所讲的内容究保护措施是十分必要的，从前面的所讲的内容中，我们可以归纳出中，我们可以归纳出构成构成静电危害的基本条件静电危害的基本条件，主要有以下三个方面主要有以下三个方面：（1）产生并积累起足够的静电产生并积累起足够的静电，形成，形成“危险静危险静电源电源”，以致局部电场强度达到或超过周围介质，以致局部电场强度达到或超过周围介质的击穿场
45、强，发生静电放电。的击穿场强，发生静电放电。（2）危险静电源存在的场所有）危险静电源存在的场所有易燃易爆气体混易燃易爆气体混合物并达到爆炸浓度极限合物并达到爆炸浓度极限，或有电火工品、火药，或有电火工品、火药之类爆炸危险品，或有静电敏感器件及电子装置之类爆炸危险品，或有静电敏感器件及电子装置等静电易爆、易损物质。等静电易爆、易损物质。36第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析3 （3）危险静电源与静电易爆、易损物质之间）危险静电源与静电易爆、易损物质之间能够形成能量耦合并且能够形成能量耦合并且静电放电能量等于或大于静电放电能量等于或大于前者最小点火能或者静电敏感度前者最小点火能
46、或者静电敏感度。应该指出的是，上面所说的这三个条件都是应该指出的是，上面所说的这三个条件都是必要条件。也就是说，这必要条件。也就是说，这三个条件是缺一不可三个条件是缺一不可的，的，只要控制其中一个条件不成立，就不会有静电危只要控制其中一个条件不成立，就不会有静电危害发生。害发生。当然要防止或控制静电危害，首先要了解静当然要防止或控制静电危害，首先要了解静电放电的安全阈值（静电危险极限）。电放电的安全阈值（静电危险极限）。37第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析3三、静电放电的安全阈值 由第三个静电危害条件可以知道，发生静电由第三个静电危害条件可以知道，发生静电放电时，静电场强
47、要达到介质的击穿场强，因此，放电时，静电场强要达到介质的击穿场强，因此，介质的击穿场强就是能否产生静电危害的一个阈介质的击穿场强就是能否产生静电危害的一个阈值值。下表是一般情况下常见气体介质的击穿场强。下表是一般情况下常见气体介质的击穿场强。气体气体种类种类空空气气氢氢气气氧氧气气氮氮气气二氧二氧化碳化碳一氧一氧化碳化碳氨氨甲甲烷烷丙丙烷烷乙乙炔炔击穿击穿场强场强3.01.52.93.82.64.55.72.23.77.5气体介质的击穿场强气体介质的击穿场强(MV/m)气体介质的击穿场强和电极形状以及电场是否气体介质的击穿场强和电极形状以及电场是否均匀密切相关，上述数据都是相对于均匀场而言均匀
48、密切相关，上述数据都是相对于均匀场而言的。的。38第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析3 经过大量实验，人们得出了经过大量实验，人们得出了空气可能形成静空气可能形成静电放电的场强阈值电放电的场强阈值为：为：极不均匀电场中：（极不均匀电场中：（45）X105V/m；较不均匀电场中：（较不均匀电场中：（1.52）X106V/m；均匀电场中：均匀电场中：3X106V/m。在实际静电防护工作中，经常使用并且容易在实际静电防护工作中，经常使用并且容易测试的静电参数是静电电位。因此，确定发生静测试的静电参数是静电电位。因此，确定发生静电放电的电位界限更有实际意义。电放电的电位界限更有实际
49、意义。下面我们主要讨论几种情况下的静电放电的下面我们主要讨论几种情况下的静电放电的电位阈值。电位阈值。39第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析3 （1）带电物体为导体时的）带电物体为导体时的ESD阈值阈值 当带电物体是导体时，如果发生静电放电，当带电物体是导体时，如果发生静电放电，一般情况下，带电体一次可以将存储的能量几乎一般情况下，带电体一次可以将存储的能量几乎全部放出。全部放出。假设导体所储存的能量等于最小点火能量假设导体所储存的能量等于最小点火能量W（或静电感度）时，便有发生静电危害的危险。（或静电感度）时，便有发生静电危害的危险。带电导体储存的静电能量为：带电导体储存
50、的静电能量为：2CV21W C 导体与形成放电的物体之间的等效电容；导体与形成放电的物体之间的等效电容；V导体与形成放电的物体之间的电位差；导体与形成放电的物体之间的电位差；cW2V 如果带电导体是对接地导体放电，则如果带电导体是对接地导体放电，则V为静电电位，为静电电位，那么产生静电危害那么产生静电危害的静电电位阈值为：的静电电位阈值为：40第五章第五章 静电放电及其危害分析静电放电及其危害分析3 （2）带电物体为静电非导体时的）带电物体为静电非导体时的ESD阈值阈值 当带电物体是静电非导体（电阻率大于当带电物体是静电非导体（电阻率大于1010欧姆欧姆.米）时，一般情况下带电体不是在一次放米
