如何测量物体表面的静电荷静电释放的模式有那几种 _经验分享

1）- 什么是静电
静电荷是：电荷在一物体表面上停留不动，没有流动。
当电荷在一导体（conductor）表面时，它会自由流动，直至电荷平均分布在该表面上，才会停止。若该导体表面接地，则电荷会全数流走。
当电荷在一绝缘体（insulator）表面时，它会被束缚着，不能自由流动。所以，在绝缘体表面，不同区域，可有不同的电荷量和极性。若该绝缘表面接地，电荷仍会停留不动，不会流走。

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如何测量物体表面的静电荷：
最精准的应该是用法拉第笼（Faraday Cage）测试方法, 但这方法从来在生产线上都很难进行。
因此，流行的方法是使用静电场测量仪 (Fieldmeter), 从测量静电荷所带有的静电场在一标准距离的强度，表示物件表面的静电荷数量。

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【如何测量物体表面的静电荷静电释放的模式有那几种】2）：静电的产生
静电的产生．最常见的莫过于摩擦。其所产生的电荷称为”摩擦电荷”（Tribocharging）。
下图示出每当二种材料接触，由于在材料 A 中其原子核对其最外围电子的吸附力较小，因此附着到材料 B 上。最后 A 之极性为 “+”， B 为 “-“ 。材料的分离速度、摩擦力、空气湿度的高低和材料种类等等都能影响因摩擦而产生的静电量。

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对导电材料，因电子能在它的表面自由流动，所以：
又或由接触做成：从一带有电荷的导体 A，透过瞬间接触，将电荷转送至另一导体 B，以达至整个系统电压平衡。

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又或由感应做成：从一带有电荷的导体 A，靠近另一导体 B，而导体 B 有接地的机会，当接地断开，导体 B 会成感应带电。

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3）-静电带来的问题
由静电荷所引起的问题有：
1：静电放电（Electrostatic Discharge (ESD)）：
当一表面上有静电荷时，它就有电位，若附近有另一不同的电位，产生电压差，而距离又合符放电条件时，其电荷就以放电方式，把两电位等同。在放电时所产生的放电电流是强大，通常在 Ampere 级，但放电时间十分短促，通常在 nanosecond 级或 GHz 级。

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放电能量 ∝ (放电电流)2 ∝ (电压差 V1-V2 / 放电时间)2
潜伏性的静电放电 (ESD) 问题：
有些时候 ESD 的发生，并没有把物体完全破坏，而只把某部份的品质降低，这一现象便称为「潜伏性的 ESD 问题」。
请留意以下几点：
1. 「潜伏性的 ESD 问题」会累积起来而加深其严重性。
2. 「潜伏性的 ESD 问题」表面上看来只影晌了完成品的用家，但实际上亦影晌了各层次的制造商，如保用费、维修及公司的声誉等等。
3. 「潜伏性的ESD问题」无可否认是一个非常严重的问题，现今的科技仍未有办法透过某些的测试把已含有此类问题 – 已受损但应正常工作的元件 – 的物件找出来。
请注意，已完全受到破坏的元件，可以在工厂内透过各种测试可以轻易地把它找出来，但已存有「潜伏性的 ESD 问题」的元件，未必一定能透过高温或老化测试把它找出来。
根据美国 ESDA 协会，静电放电可分为 3 种模式：
1. 人体放电模式 (Human Body Model (HBM)) – 物体与人放电
2. 金属放电模式 (Machine Model (MM)) – 物体与金属放电
3. 带电器件放电模式 (Charged Device Model (CDM)) – 物体与带有静电荷的用具放电
这 3 种模式，都是根据物体与不同对象之间放电时，放电路径上的由电阻 / 电容 / 电感组成的阻抗，对所产生的放电能量 / 电流 / 脉冲，根据模式归纳，并系统化测试评定物体对静电的敏感度，是电子工业的重要指引。
2：静电吸附（ESA）：
当有静电荷在一表面时, 它的静电场会把附近异性的电荷微粒吸引到它的表面. 亦会把附近不带电的微粒极化, 从而引致其隐性带有异性电荷, 吸引到它的表面上. 其吸力与电场强度(亦即是表面上有多少电荷)成正比, 亦和与微粒的距离成平方反比. 微粒吸附在带静电荷的表面时, 其吸力是最大, 故极难在没有机械力的情形下清除. 这种静电吸附的问题，会令：
1. 产品表面吸附尘埃微粒而受污染；
2. 产品被静电吸附在包装口不能掉进包装；
3. 产品之间互相吸附成团而造成堵塞和阻碍流通；
4. 产品放下时受静电影响而位置错放。

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吸附绑定力 ∝ (微粒的电荷)×(表面的电荷) / (距离)2
3：静电放电引起的电磁波干扰（ESD Induced EMI）：
由静电放电所产生的电流脉冲约在 1 – 10 ns 之间，即约 100 MHz 至 1GHz 的水平，会在空间产生一相应的电磁脉冲。这脉冲若与设备上的处理器或数据流的讯号频率相若，则可能会做成干扰，影响设备正常运作。
1. 混乱的程式指令
2. 混乱的资料
3. 不明之错误信息
4. 微处理器无故停止运作
5. 不真实存在之粒子
6. 校准失效
7. 软件错误的假象

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4）- 避免静电的产生
1. 为了防止受到感应带电，应该避免靠近有可能带有静电荷的物体，或最少应有 30 cm 距离以减弱可能受到的影响。
(考虑问题：或需要有很大的工作空间，一般生产线空间有限，固此很多时候，这都不能满足。)
2. 增加环境湿度：环境的相对湿度对静电的产生有极大的关系：

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(考虑问题：在某些对湿度不敏感的生产线，增加环境湿度绝对是一个压低静电产生量的方法。但现在很多生产线都对环境湿度有严格的要求，尤其在洁净室内，因为环境湿度超标或会做成：细菌生长，尘埃黏附，金属腐蚀，水汽冷凝，光刻退化，吸水变质，等等。)
3. 减低活动的速度和压力，减少摩擦和接触次数和面积，从而减少每次的静电荷产生量和累积速度。
(考虑问题：生产活动是由制程工艺决定，压力和面积不能随意更改。另外，生产速度以决定摩擦和接触次数是商业上的考量。)
4. 严谨选用材料, 利用材料的摩擦电序列（tribocharging series）或透过测试，选用材料尽量与所接触的材料在摩擦电序列位置的附近。摩擦电序列表明，在序列上的材料，相差愈远，互相摩擦所产生的静电量愈高。

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(考虑问题：材料的选择肯定是一个方向，但是，材料的选择会受很多条件影响，主条件还是在功能，减少静电产生是较不被重视的条件。)
5）- 控制静电的残留
1. 物件被屏蔽：
把物件放进导电材料的包装或周转箱，然后接地。这样可利用法拉利原理，可把外部的静电问题挡掉，不影响内部物件。如物件上有静电荷，也可受导电材料的包装，经接触转出。
如果包装或周转箱不接地，那它会成为一隔离导体，有机会存留静电荷，从而透过接触或感应把内部物件产生静电。

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2. 导体材料接地：
对导电材料，将它接地即能非常容易地消除静电电荷，是绝对有效的消除静电荷的方法。

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当接地时，如该接地点有机会与人体接触，那接地线上就要增加连接一支 1MΩ 的电阻，以符合对人体的电气安全规范。

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3. 绝缘材料保护或中和：
对绝缘体材料，可有两种方法：
– 在它表面增加一层导电面，如喷上导电涂层，然后经由接地带走。（考虑问题：导电面的时效性和贴付性，和对产品会否造成不良），这就是豪晔静电消除器厂多年来服务市场的工作。

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6）- 电子工业对静电的一般防控
如前说，静电荷带来了静电放电的破坏（和相关的电磁波干扰）和静电吸附所引至的微粒污染问题。对电子工业制程来说，如果不能避免静电荷的产生，那就要针对所引起的问题，了解处理的优先：
微粒污染相对来说是环境问题，微粒掉下可以是静电吸附，也可以是地心吸力，也可能是随机漂到。
要令静电吸附成为主因，把微粒吸向和黏附在表面，微粒的大小和表面的静电荷有关。下图比较：在一距离，地心吸力，随机漂移扩散，和由静电荷所形成的静电场，以强度 200 V/cm为例，对不同大小的微粒，所做成的沉降速度。

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在一相对湿度，对一般环境，微粒较大和受地心吸力影响为主，如对一制程有洁净要求，建议把除了消除静电荷外，应把制程隔离。对高或超高洁净环境，静电荷成为污染的主因，影响由电荷场度决定，固此应使用豪晔静电消除器，尽快把静电荷数量降低，以免引来更多的污染微粒。
静电放电就一定要降低表面的静电荷数量和增加可负载的电容值。电容值由物件的材料和结构决定，因此较难控制，只可以从增加“距离”令对外放电较难产生。所以决定因素还是静电荷数量，尽量把它消到零。
1. 完美的接地可把导体表面达到零静电荷，但如静电荷泄走的速度太快，会产生高电流，对产品不利。所以在静电防控业内，把材料从导体到绝缘体之间，以表面的电阻数值，重新定义：
– 导体材料 (Conductor) : R < 105 Ohm/Sq
– 静电消散材料 (Static Dissipative) : 105 < R < 1012 Ohm/Sq
– 绝缘体材料 (Insulator)：R > 1012 Ohm/Sq
使用静电消散材料 (Static Dissipative) 可以把静电荷慢一点但仍能可靠地从接地线泄走
2. 屏蔽是保障物件但并不一定会消掉静电荷，
3. 使用豪晔静电消除器来中和静电荷，就是针对绝缘体或不能接地的导体，降低甚或消掉们表面的静电荷。
不同的电子工业制程，对静电荷所带来的问题处理，有不同的优次：

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固此，所采取的静电防控策略和考虑并不相同，从而影响所选用的静电防护用品。
在电子工业，通用的静电防控的基本是：
1. 在电子组件内加入静电保护性线路
2. 减除工作桌上绝缘材料对象，或不能接地的导体材料对象
3. 对所有可接地物体接地
4. 对所有绝缘体或不能接地的导体, 考虑使用离子产生器, 以中和和控制物件上的静电量
5. 适当的标示，管理和维护程序

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电子工业内常见由静电导致损失的原因：
1. 员工的手，头发或身体其他部分的覆盖物，如手套，指套，工作服
2. 没有接地的员工拿取对静电敏感的物件
3. 没有接地的员工影响在包装袋，周转箱和类同容器内的对静电敏感的物件
4. 没有接地的推车运输对静电敏感的物件
5. 对静电敏感的物件放在没有静电防控措施的表面
6. 容易产生静电的装箱
7. 破旧的防静电包装
8. 干燥的压缩空气吹喷
9. 晶片电路的拿取工具
10. 电路板上的保形涂料
11. 晶片电路包装管放进机台的转取器
12. 晶片电路包装带和卷饼组件
13. 晶圆的装置容器
14. 晶圆黏放在塑料薄膜
15. 离子产生器的失效
16. 没有遵守 30 cm 间距法则
17. 电路板组件装在塑料板壳
18. 晶片电路的测试插座
19. 晶片电路的测试插座的塑料盖
20. 电路板组件上的柔性电缆和光纤电缆
21. 晶片电路的干燥储存箱
22. 电路板组装的针筒注射

如何测量物体表面的静电荷 静电释放的模式有那几种

如何测量物体表面的静电荷静电释放的模式有那几种