靜電場的應(yīng)用—靜電屏蔽PPT課件

1、2021/7/2312021/7/232目錄 靜電場 靜電屏蔽原理 靜電屏蔽的分類 靜電屏蔽的應(yīng)用 靜電屏蔽的意義2021/7/233靜電場：靜電場： 當(dāng)靜止電荷的電荷量不隨當(dāng)靜止電荷的電荷量不隨時(shí)間變化時(shí)，由它產(chǎn)生的電場也時(shí)間變化時(shí)，由它產(chǎn)生的電場也不隨時(shí)間變化，這種電場成為靜不隨時(shí)間變化，這種電場成為靜電場。電場。2021/7/234 靜電（靜電（static electricity)：是一種處于靜：是一種處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷。止?fàn)顟B(tài)的電荷。 靜電是一種電能，它存留于物體表面，是靜電是一種電能，它存留于物體表面，是正負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果，正負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果，是通過

2、電子或離子的轉(zhuǎn)換而形成的。是通過電子或離子的轉(zhuǎn)換而形成的。靜電現(xiàn)象是電荷在產(chǎn)生和消失過程中產(chǎn)生靜電現(xiàn)象是電荷在產(chǎn)生和消失過程中產(chǎn)生的電現(xiàn)象的總稱。如摩擦起電、人體起電的電現(xiàn)象的總稱。如摩擦起電、人體起電等現(xiàn)象。等現(xiàn)象。2021/7/235靜電場的應(yīng)用：靜電場廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)中。其主要利用靜電感應(yīng),靜電放電,靜電屏蔽，電場力以及高壓氣體放電等的效應(yīng)及原理，實(shí)現(xiàn)多種加工工藝及設(shè)備。1：工業(yè)中：靜電場廣泛應(yīng)用于電力，機(jī)械，紡織，輕工，航空航天以及高技術(shù)領(lǐng)域；2：農(nóng)業(yè)方面：利用高壓靜電場處理種子可提高產(chǎn)量和抗性；3：生活方面：應(yīng)用于治療，空氣除塵以及廚房抽油煙機(jī)等。級2021/7/236靜電感應(yīng)：指多

3、帶點(diǎn)體之間通過電場的相互作用，靜電感應(yīng)：指多帶點(diǎn)體之間通過電場的相互作用，改變物體的電荷分布及電位的現(xiàn)象。改變物體的電荷分布及電位的現(xiàn)象。 如電容式傳感如電容式傳感器就是根據(jù)靜電感應(yīng)原理制成。器就是根據(jù)靜電感應(yīng)原理制成。電場力的應(yīng)用：電場力的應(yīng)用廣泛。電場力的應(yīng)用：電場力的應(yīng)用廣泛。1.工業(yè)中：靜電除塵，靜電分離，靜電噴涂，砂紙工業(yè)中：靜電除塵，靜電分離，靜電噴涂，砂紙生產(chǎn)等技術(shù)；生產(chǎn)等技術(shù)； 2.農(nóng)業(yè)中：利用靜電場進(jìn)行無土栽培，改善種子和農(nóng)業(yè)中：利用靜電場進(jìn)行無土栽培，改善種子和實(shí)物保鮮。我們所熟知的：電子管，顯像管，回旋實(shí)物保鮮。我們所熟知的：電子管，顯像管，回旋加速器，靜電打印機(jī)和激光打

4、印機(jī)等都是利用電場加速器，靜電打印機(jī)和激光打印機(jī)等都是利用電場力對帶電粒子的作用而制成的。力對帶電粒子的作用而制成的。2021/7/237電子工業(yè)中靜電障害的形成電子工業(yè)中靜電障害的形成靜電的產(chǎn)生在工業(yè)生產(chǎn)中是不可避免的，其造成的危害主要可歸結(jié)為以下靜電的產(chǎn)生在工業(yè)生產(chǎn)中是不可避免的，其造成的危害主要可歸結(jié)為以下兩種機(jī)理：兩種機(jī)理： 一：一：靜電放電靜電放電（ESD）造成的危害：）造成的危害： （1）引起電子設(shè)備的故障或誤動(dòng)作，造成電磁干擾。）引起電子設(shè)備的故障或誤動(dòng)作，造成電磁干擾。 （2） 擊穿集成電路和精密的電子元件，或者促使元件老化，降擊穿集成電路和精密的電子元件，或者促使元件老化，降

5、低生產(chǎn)成品率。低生產(chǎn)成品率。 （3）高壓靜電放電造成電擊，危及人身安全。）高壓靜電放電造成電擊，危及人身安全。 （4） 在多易燃易爆品或粉塵、油霧的生產(chǎn)場所極易引起爆炸和在多易燃易爆品或粉塵、油霧的生產(chǎn)場所極易引起爆炸和火災(zāi)?；馂?zāi)。 二：二：靜電引力靜電引力（ESA）造成的危害：）造成的危害： （1） 電子工業(yè)：吸附灰塵，造成集成電路和半導(dǎo)體元件的污染，電子工業(yè)：吸附灰塵，造成集成電路和半導(dǎo)體元件的污染，大大降低成品率。大大降低成品率。 （2）膠片和塑料工業(yè)：使膠片或薄膜收卷不齊；膠片、）膠片和塑料工業(yè)：使膠片或薄膜收卷不齊；膠片、CD塑盤塑盤沾染灰塵，影響品質(zhì)。沾染灰塵，影響品質(zhì)。 （3）

6、造紙印刷工業(yè)：紙張收卷不齊，套印不準(zhǔn)，吸污嚴(yán)重，甚造紙印刷工業(yè)：紙張收卷不齊，套印不準(zhǔn)，吸污嚴(yán)重，甚至紙張黏結(jié)，影響生產(chǎn)。至紙張黏結(jié)，影響生產(chǎn)。 （4）紡織工業(yè)：造成根絲飄動(dòng)、纏花斷頭、紗線糾結(jié)等危害。）紡織工業(yè)：造成根絲飄動(dòng)、纏花斷頭、紗線糾結(jié)等危害。 2021/7/2382021/7/239 導(dǎo)體的外殼對它的內(nèi)部起到導(dǎo)體的外殼對它的內(nèi)部起到“保護(hù)保護(hù)”作作用，使它的內(nèi)部不受外部電場的影響，用，使它的內(nèi)部不受外部電場的影響，這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽。2021/7/231000EEE0E+E0E0E導(dǎo)體內(nèi)電場強(qiáng)度導(dǎo)體內(nèi)電場強(qiáng)度外電場強(qiáng)度外電場強(qiáng)度感應(yīng)電荷電場強(qiáng)度感應(yīng)電荷電場強(qiáng)度

7、靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部電場分布2021/7/2311 靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)：靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)： 法拉第曾經(jīng)冒著被電擊的危險(xiǎn)，做了一個(gè)法拉第曾經(jīng)冒著被電擊的危險(xiǎn)，做了一個(gè)聞名于世的實(shí)驗(yàn)聞名于世的實(shí)驗(yàn)法拉第籠實(shí)驗(yàn)。法拉法拉第籠實(shí)驗(yàn)。法拉第把自己關(guān)在金屬籠內(nèi)，當(dāng)籠外發(fā)生強(qiáng)大第把自己關(guān)在金屬籠內(nèi)，當(dāng)籠外發(fā)生強(qiáng)大的靜電放電時(shí)，他并未受到任何影響。的靜電放電時(shí)，他并未受到任何影響。2021/7/2312現(xiàn)象 下圖為一處于靜電屏蔽狀態(tài)的鳥籠2021/7/2313靜電屏蔽分類：靜電屏蔽分類：1.外屏蔽外屏蔽 ：空腔內(nèi)有帶電體，但是在靜電平：空腔內(nèi)有帶電體，但是在靜電平衡時(shí)導(dǎo)體外殼不接地。這時(shí)只能屏蔽外電衡時(shí)導(dǎo)體外殼不接地。這

8、時(shí)只能屏蔽外電場對內(nèi)電場的影響，不能屏蔽內(nèi)電場對外場對內(nèi)電場的影響，不能屏蔽內(nèi)電場對外電場的影響。電場的影響。 2.全屏蔽：空腔內(nèi)有帶電體，但是在靜電平全屏蔽：空腔內(nèi)有帶電體，但是在靜電平衡時(shí)導(dǎo)體外殼接地。這時(shí)既能屏蔽外電場衡時(shí)導(dǎo)體外殼接地。這時(shí)既能屏蔽外電場對內(nèi)電場的影響，又能屏蔽內(nèi)電場對外電對內(nèi)電場的影響，又能屏蔽內(nèi)電場對外電場的影響。場的影響。 2021/7/2314靜電屏蔽的應(yīng)用靜電屏蔽的應(yīng)用 為了防止外界信號的干擾，靜電屏蔽被廣泛地應(yīng)用科學(xué)技術(shù)為了防止外界信號的干擾，靜電屏蔽被廣泛地應(yīng)用科學(xué)技術(shù)工作中。例如電子儀器設(shè)備外面的金屬罩，通訊電纜外面包工作中。例如電子儀器設(shè)備外面的金屬罩，

9、通訊電纜外面包的鉛皮等等，都是用來防止外界電場干擾的屏蔽措施。的鉛皮等等，都是用來防止外界電場干擾的屏蔽措施。 高壓帶電作業(yè)高壓帶電作業(yè)(500千伏帶電作業(yè)用的屏蔽服千伏帶電作業(yè)用的屏蔽服) 很多電子儀器很多電子儀器,比如示波器的接線都是屏蔽線比如示波器的接線都是屏蔽線 汽車外的天線汽車外的天線 有線電視信號線有線電視信號線,外面就有一層金屬絲外面就有一層金屬絲,就為了靜電屏蔽就為了靜電屏蔽,使使信號不受干擾信號不受干擾 在服務(wù)區(qū)怕被人打手機(jī)在服務(wù)區(qū)怕被人打手機(jī),又不能關(guān)機(jī)又不能關(guān)機(jī),找個(gè)金屬盒子裝進(jìn)去找個(gè)金屬盒子裝進(jìn)去,就變成了就變成了您撥打的用戶不在服務(wù)區(qū)您撥打的用戶不在服務(wù)區(qū)2021/7

10、/2315日常生活中的靜電屏蔽日常生活中的靜電屏蔽: 很多家用電器都套有金屬外套，如功放機(jī)、很多家用電器都套有金屬外套，如功放機(jī)、DVD機(jī)等。有線電視的信號線的銅芯外就包有一層機(jī)等。有線電視的信號線的銅芯外就包有一層金屬網(wǎng)，這層金屬網(wǎng)可以屏蔽掉干擾信號，因此有金屬網(wǎng)，這層金屬網(wǎng)可以屏蔽掉干擾信號，因此有線電視的畫面比較清晰、聲音比較清楚。線電視的畫面比較清晰、聲音比較清楚。2021/7/2316 屏蔽裝置屏蔽裝置 在工程技術(shù)中，如果需要屏蔽的區(qū)在工程技術(shù)中，如果需要屏蔽的區(qū)域較大，還可采用金屬屏蔽網(wǎng)域較大，還可采用金屬屏蔽網(wǎng),也有良好也有良好的屏蔽效果。在電子儀器中的屏蔽效果。在電子儀器中,為

11、了免受靜為了免受靜電干擾，常利用接地的儀器金屬外殼作電干擾，常利用接地的儀器金屬外殼作屏蔽裝置。電測量儀器中的某些聯(lián)接線屏蔽裝置。電測量儀器中的某些聯(lián)接線的導(dǎo)線絕緣外面包有一層金屬絲網(wǎng)做為的導(dǎo)線絕緣外面包有一層金屬絲網(wǎng)做為屏蔽。某些用途的電源變壓器中，常在屏蔽。某些用途的電源變壓器中，常在初級繞組與次級繞組之間放置一不閉合初級繞組與次級繞組之間放置一不閉合的金屬薄片作為屏蔽裝置。的金屬薄片作為屏蔽裝置。 2021/7/2317屏蔽產(chǎn)品屏蔽產(chǎn)品 如屏蔽袋、導(dǎo)電袋、有蓋的周轉(zhuǎn)箱如屏蔽袋、導(dǎo)電袋、有蓋的周轉(zhuǎn)箱,靜電靜電屏蔽服等，利用法拉第杯靜電屏蔽原理，保護(hù)屏蔽服等，利用法拉第杯靜電屏蔽原理，保護(hù)內(nèi)

12、裝物品。內(nèi)裝物品。 2021/7/2318屏蔽袋屏蔽線屏蔽服2021/7/2319電子裝備生產(chǎn)過程中消除靜電的途徑電子裝備生產(chǎn)過程中消除靜電的途徑 靜電的控制靜電的控制：工藝控制法目的是在生產(chǎn)過程中盡量少地產(chǎn)生靜電荷。工藝控制法目的是在生產(chǎn)過程中盡量少地產(chǎn)生靜電荷。 泄露法泄露法 目的是使靜電荷通過泄露達(dá)到消除。目的是使靜電荷通過泄露達(dá)到消除。靜電屏蔽法采用接地的屏蔽罩把帶電體與其它物體隔靜電屏蔽法采用接地的屏蔽罩把帶電體與其它物體隔離開，這樣帶電體的電場將不影響周圍其它物體，這種離開，這樣帶電體的電場將不影響周圍其它物體，這種屏蔽方法叫內(nèi)場屏蔽。有時(shí)也用接地的屏蔽罩把被隔離屏蔽方法叫內(nèi)場屏蔽

13、。有時(shí)也用接地的屏蔽罩把被隔離物體包圍起來使被隔離物免受外界電場的影響，這種屏物體包圍起來使被隔離物免受外界電場的影響，這種屏蔽方法叫外場屏蔽。蔽方法叫外場屏蔽。復(fù)合中和法及其它通過復(fù)合中和法來達(dá)到靜電荷的消復(fù)合中和法及其它通過復(fù)合中和法來達(dá)到靜電荷的消除。除。2021/7/2320 防靜電屏蔽材料防靜電屏蔽材料 的詳細(xì)介紹的詳細(xì)介紹 適用于適用于PCB(印制電路板印制電路板)、IC 等靜電敏感類高等靜電敏感類高科技電子產(chǎn)品的運(yùn)輸與包裝。具有防靜電功能。防科技電子產(chǎn)品的運(yùn)輸與包裝。具有防靜電功能。防靜電屏蔽材料內(nèi)外層由透明的防靜電材料構(gòu)成，中靜電屏蔽材料內(nèi)外層由透明的防靜電材料構(gòu)成，中間為半透

14、明的導(dǎo)電金屬層，因而具有良好的防靜電、間為半透明的導(dǎo)電金屬層，因而具有良好的防靜電、靜電屏蔽性能，外觀銀灰色、半透明，可透視被包靜電屏蔽性能，外觀銀灰色、半透明，可透視被包裝物。廣泛應(yīng)用于電腦主板、聲卡、顯卡等靜電敏裝物。廣泛應(yīng)用于電腦主板、聲卡、顯卡等靜電敏感的電子產(chǎn)品的包裝；感的電子產(chǎn)品的包裝； 主要技術(shù)參數(shù)：常規(guī)厚度：主要技術(shù)參數(shù)：常規(guī)厚度：3mil(【電電】密耳密耳(千分之一英寸千分之一英寸)；表面電阻率：內(nèi)層，；表面電阻率：內(nèi)層，10的的5次方次方至至10的的11次方；金屬層，小于次方；金屬層，小于50歐姆；外層，小于歐姆；外層，小于等于等于10的的11次方；靜電屏蔽：小于等于次方；

15、靜電屏蔽：小于等于30V；電磁；電磁干擾衰減：大于等于干擾衰減：大于等于10db。2021/7/2321IC: 即集成即集成電路電路是采用半導(dǎo)體制作工藝，是采用半導(dǎo)體制作工藝，在一塊較小的在一塊較小的單晶硅片單晶硅片上制作上許多晶體管上制作上許多晶體管及及電阻器電阻器、電容器等、電容器等元器件元器件，并按照多層布，并按照多層布線或遂道布線的方法將元器件組合成完整的線或遂道布線的方法將元器件組合成完整的電子電路。它在電路中用字母電子電路。它在電路中用字母“IC”（也有用（也有用文字符號文字符號“N”等）表示。等）表示。2021/7/2322目前國際上有關(guān)靜電屏蔽性能測試的標(biāo)準(zhǔn)方目前國際上有關(guān)靜電

16、屏蔽性能測試的標(biāo)準(zhǔn)方法有法有： 1.美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)EIA-541 2. 英國標(biāo)準(zhǔn)英國標(biāo)準(zhǔn)BS7560 這些方法歸納起來可分為電容放電法和雙極這些方法歸納起來可分為電容放電法和雙極性高壓脈沖放電法。性高壓脈沖放電法。2021/7/2323電容放電法電容放電法: 此方法是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)此方法是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)EIA541 推推薦的測試方法薦的測試方法, 其原理是給其原理是給200pF電容充上電容充上1 V的的電壓電壓, 電容傳感器探頭置于材料包裝袋內(nèi)電容傳感器探頭置于材料包裝袋內(nèi), 其中心其中心約在試驗(yàn)袋開口端內(nèi)側(cè)約在試驗(yàn)袋開口端內(nèi)側(cè)50mm處處, 并將它們放置

17、在并將它們放置在試驗(yàn)裝置的上下金屬電極之間試驗(yàn)裝置的上下金屬電極之間, 電容充電后電容充電后, 利用利用轉(zhuǎn)換開轉(zhuǎn)換開關(guān)經(jīng)由一個(gè)關(guān)經(jīng)由一個(gè)400K的電阻通過被測材料放電的電阻通過被測材料放電, 將探將探頭上感應(yīng)的電壓信號引人到測量儀器。頭上感應(yīng)的電壓信號引人到測量儀器。 該測試方法操作簡單該測試方法操作簡單, 能夠比較客觀地反映能夠比較客觀地反映材料的屏蔽性能。典型測試裝置為美國生產(chǎn)的材料的屏蔽性能。典型測試裝置為美國生產(chǎn)的ACL-500型靜電屏蔽測試表。型靜電屏蔽測試表。2021/7/2324雙極性高壓脈沖放電法：雙極性高壓脈沖放電法： 此方法為英國標(biāo)準(zhǔn)此方法為英國標(biāo)準(zhǔn)BS7506推薦的材料屏

18、蔽性能測試方推薦的材料屏蔽性能測試方法。此方法將具有對稱峰值幅度和脈沖波形的高壓電場脈沖法。此方法將具有對稱峰值幅度和脈沖波形的高壓電場脈沖對一規(guī)定寬度的材料放電。位于被試樣品層另一側(cè)的傳感器對一規(guī)定寬度的材料放電。位于被試樣品層另一側(cè)的傳感器, 將所測得的信號送到信號處理電路。此測試系統(tǒng)比較復(fù)雜將所測得的信號送到信號處理電路。此測試系統(tǒng)比較復(fù)雜, 所測試樣品為一個(gè)試樣層所測試樣品為一個(gè)試樣層, 而不是試樣袋。雖然此法中采用而不是試樣袋。雖然此法中采用了正負(fù)脈沖放電了正負(fù)脈沖放電, 但它是以同步、同幅度、同脈沖波形的放但它是以同步、同幅度、同脈沖波形的放電電, 其目的是為了解決單極性放電時(shí)在試

19、樣層上存在凈電荷其目的是為了解決單極性放電時(shí)在試樣層上存在凈電荷的問題的問題, 而不是真正用來檢測不同放電極性下的屏蔽性能。而不是真正用來檢測不同放電極性下的屏蔽性能。 此法的最大優(yōu)點(diǎn)是它把所測信號經(jīng)過信號處理電路后此法的最大優(yōu)點(diǎn)是它把所測信號經(jīng)過信號處理電路后分成了分成了9個(gè)頻段個(gè)頻段, 且能把每個(gè)頻段感應(yīng)的信號峰值保留下來且能把每個(gè)頻段感應(yīng)的信號峰值保留下來, 便于分析材料對于各個(gè)頻段信號的屏蔽性能。便于分析材料對于各個(gè)頻段信號的屏蔽性能。2021/7/2325阻隔材料靜電屏蔽性能測試方法2021/7/23261.實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)裝置 該項(xiàng)研究采用美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)EIA

20、-541規(guī)定的電容放電方法。實(shí)驗(yàn)裝置采用自制的屏蔽性能測試裝置和美制ACL-500型儀器并進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。 圖1 為自制裝置的電容探頭的結(jié)構(gòu), 圖2為電容放電測試法原理圖。2021/7/23272021/7/23282021/7/2329 電容探頭具有高的阻抗(高于10M) 和低的電容(5pF或更小), 電容探頭是鑲在一塊絕緣材料上厚1.5mm的金屬板。實(shí)驗(yàn)裝置包括上部一塊 38mm的金屬接觸板和一塊用以支承被試樣品與電容探頭的適當(dāng)尺寸的接地金屬板。置電容探頭于試驗(yàn)袋內(nèi), 其中心約在試驗(yàn)袋開口內(nèi)側(cè)50mm處, 將它們放置在實(shí)驗(yàn)裝置的上下金屬板之間。試驗(yàn)電壓1 V, 使電容器(200pF)充電,

21、然后利用轉(zhuǎn)換開關(guān)經(jīng)由電阻器(400K)對被試材料放電, 用美制TDS-680B ; 數(shù)字存儲(chǔ)示波器通過電容探頭記錄下試驗(yàn)袋內(nèi)感應(yīng)的電壓波形, 從波形上測量其感應(yīng)的峰值電壓。2021/7/2330 被測試樣由中國兵器工業(yè)總公司140廠阻隔材料包裝袋生產(chǎn)分廠提供, 共5 種試樣(A. B.C.D.E)。此外, 試樣C按三個(gè)不同尺寸(100mm150mm ，150mm200mm，250mm300mm)實(shí)驗(yàn)研究。2021/7/2331 2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 2.1自制實(shí)驗(yàn)裝置在金屬基板接地和不接地情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表表1 為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。可以看出, 自制實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)驗(yàn)基板接地與不接地的情況下,

22、 試樣內(nèi)感應(yīng)的電壓差別很大。其原因是由于試驗(yàn)基板接地造成的影響。分析如下：2021/7/23322021/7/2333 自制實(shí)驗(yàn)裝置在試驗(yàn)基板不接地的情況下所測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與美制ACL-500靜電屏蔽表所測得的結(jié)果基本一致, 這說明自制實(shí)驗(yàn)裝置可用于阻隔材料的屏蔽性能測試。2021/7/23342021/7/2335 由圖3 ，圖4,可以看出, 兩種情況下試樣內(nèi)感應(yīng)的峰值電壓相差近150v, 且從波形上明顯看出, 在試驗(yàn)基板接地時(shí), 干擾信號較大。2021/7/23362.2同種阻隔材料不同尺寸的試樣其感應(yīng)電壓測同種阻隔材料不同尺寸的試樣其感應(yīng)電壓測 試結(jié)果試結(jié)果 表2為測試結(jié)果。由表2可以看出, 只要電容探頭離袋口的距離不變, 試樣內(nèi)感應(yīng)的電壓與試樣尺寸大小稍有變化, 但變化不大。而美軍標(biāo)MIL-B-81705C及國軍標(biāo)GJB2605-96中規(guī)定的試樣尺寸均為100mm 150mm，在實(shí)際應(yīng)用過程中可以適當(dāng)放寬對試樣尺寸的要求, 且不至于引起較大的測