靜電課后思考題

第一章課后思考題靜電的定義是什么？如何對(duì)其正確理解？在物體或空間極其緩慢的移動(dòng)，以致其磁場(chǎng)效應(yīng)較之電場(chǎng)效應(yīng)可以忽略不計(jì)的電荷。動(dòng)電主要表現(xiàn)出的是其磁場(chǎng)效應(yīng)，而靜電則主要表現(xiàn)出的電場(chǎng)效應(yīng)，它是一種處于相對(duì)穩(wěn)定，或移動(dòng)極為緩慢的電，是物質(zhì)中正負(fù)電荷局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果。靜電的作用僅僅取決于電荷的位置、分布、多少及周圍的環(huán)境。而電磁和電熱現(xiàn)象則主要取決于電荷運(yùn)動(dòng)的電流。靜電危害有哪幾類，主要發(fā)生在哪些場(chǎng)所？第一類是靜電障礙，即由靜電的力學(xué)效應(yīng)引起的吸附或排斥作用，對(duì)被加工物體正常運(yùn)動(dòng)規(guī)律的干擾，由靜電放電效應(yīng)引起的電子元器件的擊穿損害和放電噪聲，對(duì)于電子設(shè)備電磁干擾和損害。這類危害稱為靜電障礙。靜電障礙的涉及面非常廣，幾乎遍及一切生產(chǎn)部門和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。如粉體加工，塑料和橡膠制品成型，紡織，印刷，感光膠片以及電子，航空，航天等領(lǐng)域。第二類是對(duì)人體的靜電電擊。人員的靜電電擊從形成上有兩種，一是帶電的人體接近接地點(diǎn)（即與大地相連的導(dǎo)體）時(shí)，由于帶電人體向接地體發(fā)生靜電放電，因而有電流從人體流向大地，而引起的電擊；二是不帶電的人體接近其它帶電體（無(wú)論是導(dǎo)體還是介質(zhì)），由帶電體向人體發(fā)生靜電放電，因而由電流流過(guò)人體引起的電擊。第三類靜電危害是由于靜電放電火花使燃爆物質(zhì)燃燒，爆炸的事故。這些燃爆物質(zhì)包括可燃?xì)怏w，可燃液體的蒸氣，可燃性粉塵與空氣的混合物，它能帶來(lái)的一次性巨大損失，使生產(chǎn)設(shè)備和廠房破壞，并造成人員傷亡。這類靜電危害是三類危害中后果最為嚴(yán)重的，又叫靜電災(zāi)害。靜電災(zāi)害不僅發(fā)生在石油、化工、采礦、粉體加工、火炸藥、電火工品等工業(yè)部門，而且也發(fā)生在油庫(kù)、加油站、液體石油氣站等場(chǎng)所。靜電的導(dǎo)體、非導(dǎo)電、和亞導(dǎo)體是如何劃分的？把基本上不帶電的物質(zhì)稱為靜電導(dǎo)體，稍微帶電的稱為亞導(dǎo)體，明顯帶電的稱為非導(dǎo)體。靜電導(dǎo)體：物質(zhì)具有較強(qiáng)的泄漏靜電的能力，除非使之完全對(duì)地絕緣，否則其上不會(huì)積累起足夠的致害電荷。靜電的非導(dǎo)體：物質(zhì)泄漏靜電的能力很弱，其上容易積累起足以致害的電荷。靜電的亞導(dǎo)體：物質(zhì)泄漏靜電的能力介于導(dǎo)體與靜電的非導(dǎo)體之間。靜電的特點(diǎn)在對(duì)導(dǎo)體、絕緣體的劃分標(biāo)準(zhǔn)方面與流電不同靜電具有高電位，小電量，低能量的特點(diǎn)靜電較之流電在觀測(cè)量重復(fù)性差，瞬態(tài)現(xiàn)象多第——早什么是靜電放電，靜電放電有哪些特點(diǎn)?靜電放電是指兩個(gè)電位不等的帶電體(通常是一個(gè)帶電體與一個(gè)接地體之間)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)兩者之間介質(zhì)的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，因介質(zhì)發(fā)生高度電離而使帶電體上電荷趨于減少或消失的現(xiàn)象。特點(diǎn)：靜電放電與介質(zhì)的電擊穿緊密相聯(lián)系，是一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)的作用過(guò)程。靜電放電在多數(shù)情況下是一個(gè)瞬態(tài)大電流過(guò)程。靜電放電具有脈沖性質(zhì)。靜電放電不僅會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng),而且會(huì)產(chǎn)生明顯的電磁效應(yīng)靜電放電可在各種物質(zhì)形態(tài)中發(fā)生電暈放電有哪些特點(diǎn)？為什么負(fù)電暈的擊穿電壓一般比正電暈的擊穿電壓要高？電暈放電的特點(diǎn)：⑴電暈放電只能在非常不均勻的電場(chǎng)中才會(huì)發(fā)生電暈放電電流具有脈沖性質(zhì)電暈放電形態(tài)及擊穿電壓與電暈極性有關(guān)電暈放電是一種小電流，空氣被局部電離的過(guò)程當(dāng)正尖附近發(fā)生電子雪崩后,所產(chǎn)生的電子很快移向正尖，并被吸收，于是在正尖附近留大量的笨重的移動(dòng)相對(duì)緩慢的正離子，這些正離子的存在使原來(lái)正尖端產(chǎn)生的正極性電場(chǎng)向外擴(kuò)展，這樣就有利于擊穿向遠(yuǎn)處擴(kuò)展，故擊穿電壓低。反之負(fù)尖在發(fā)生電子雪崩后，電暈區(qū)所產(chǎn)生的正離子由于笨重向負(fù)尖趨近很慢，所以可以認(rèn)為負(fù)尖在一段時(shí)間內(nèi)被正離子所包圍。這樣屏蔽了負(fù)尖原來(lái)產(chǎn)生的負(fù)極性電場(chǎng)，不利于擊穿向遠(yuǎn)處擴(kuò)展，故所需擊穿電壓就高。什么叫火花放電？火花放電是電極間的電位差足夠高時(shí)，致使極間氣相空間，全路徑被擊穿的一種放電形式。特點(diǎn)：⑴火花放電伴隨著強(qiáng)烈的發(fā)光和爆裂聲響⑵火花放電也具有脈沖性質(zhì)(間歇性)火花放電的引燃引爆能力和電磁破壞力均較強(qiáng)火花放電既可以在均勻電場(chǎng)中發(fā)生，也可以在非均勻電場(chǎng)中發(fā)生.火花放電的類型主要決定于電極間隙和氣體壓強(qiáng)的乘積什么是ESD模型？典型的ESD模型有哪幾種？在標(biāo)準(zhǔn)人體ESD模型中各參數(shù)是如何取值的？人們對(duì)實(shí)際生產(chǎn)，生活中，常見(jiàn)的ESD源劃分為若干個(gè)類型，對(duì)于第一類型及其靜電放電過(guò)程進(jìn)行合理的抽象和近似。以突出主要矛盾，建立其簡(jiǎn)單的電氣模型(R、L、C等)。并賦于模型中每個(gè)電氣元件以適當(dāng)?shù)娜≈?，這就是ESD模型。典型模型：人體模型器件帶電模型電場(chǎng)感應(yīng)模型用100pF的電容器串聯(lián)1.5KC的電阻作為標(biāo)準(zhǔn)的人體ESD模型什么叫可燃性物質(zhì)的最小點(diǎn)火能和爆炸限度范圍？試總結(jié)出靜電引燃的完整條件是什么？最小點(diǎn)火能是指在常溫常壓下，將可燃性物質(zhì)與空氣混合物，在最敏感的條件下（即各種影響因素。諸如可燃性物質(zhì)的性質(zhì)和濃度，電極的形狀和火花間隙，電路參數(shù)等均處于各自最敏感的條件）引燃該混合物所需的最低能量。能使可燃性混合物引起燃爆的最小濃度稱為爆炸下限；能使可燃性混合物引起燃爆的最大濃度稱為爆炸上限?？扇夹晕镔|(zhì)的濃度低于下限或高于上限時(shí)都不會(huì)引起可燃性混合物的燃爆，把爆炸下限和上限之間的范圍稱為該物質(zhì)的爆炸濃度范圍。靜電引燃的完整條件：（1） 帶電體產(chǎn)生，積累起足夠高的靜電，以致能夠發(fā)生靜電放電。（2） ESD源存在的場(chǎng)所有可燃性物質(zhì)與空氣的混合物且達(dá)到燃爆濃度范圍。（3） 靜電放電產(chǎn)生的能量大于最小點(diǎn)火能。作—第二章什么叫固體的接觸起電？其基本模式是什么？緊密接觸I'電荷轉(zhuǎn)弋'I形成偶電層"機(jī)械分閥」I電荷分離而帶電-固體接觸起電定義：兩種不同材料的固體相接觸，在它們的距離達(dá)到25埃時(shí)，一種物質(zhì)的電子就會(huì)傳給另一種物質(zhì)，失去電子的帶正電，得到電子的帶負(fù)電。摩擦起電與接觸起的關(guān)系是什么？除接觸起電外摩擦起電還可能包含哪些起電機(jī)制？簡(jiǎn)述各摩擦條件對(duì)起電的影響。摩擦實(shí)際上就是沿兩固體接觸面上不同接觸點(diǎn)之間連續(xù)不斷地接觸——分離過(guò)程，由于接觸電位差只發(fā)生相互緊密的固體間，而表面看來(lái)很平的物體表面實(shí)際上卻是凹凸不平的。它們即使靠得很近，但實(shí)際上在凹處并未達(dá)到緊密接觸，所以單純的接觸起電，其效應(yīng)比較弱，但若使兩個(gè)靠近的表面發(fā)生摩擦，則可使2.5nm以下的接觸點(diǎn)（或接觸面積）大大增多。而且摩擦正好相當(dāng)于一系列的接觸一一分離過(guò)程，所以摩擦可使起電效果變得非常明顯。由此可以看出，摩擦起電的主要機(jī)理仍是接觸起電。有機(jī)械力作用于物體而使物體發(fā)生形變，所以會(huì)包含有壓電效應(yīng)起電;又因?yàn)槟Σ吝€可能會(huì)引起界面凸起部分?jǐn)嗔眩赃€包含有斷裂起電。摩擦還會(huì)產(chǎn)生熱量，引起溫度的變化，所以還可能包含有熱電效應(yīng)起電的因素在內(nèi)簡(jiǎn)述各摩擦條件對(duì)固體接觸起電的影響（1） 摩擦速度的影響。在一定速度范圍內(nèi)（即W10cm/s），隨v的增大而增大，當(dāng)速度達(dá)到某一值時(shí)，物體帶電量達(dá)到理論飽和值。（2） 摩擦力的影響。摩擦起電量隨壓力的增大而增大（3） 摩擦次數(shù)的影響。對(duì)于多數(shù)材料而言，當(dāng)摩擦次數(shù)達(dá)到幾十次時(shí)，材料起電量即達(dá)到最大值。如繼續(xù)摩擦到上千次時(shí)，帶電量反而會(huì)逐漸下降，直到摩擦次數(shù)又達(dá)到數(shù)千次時(shí)又穩(wěn)定下來(lái)。（4） 摩擦方式的影響。固體材料的相互摩擦可分為對(duì)稱摩擦和非對(duì)稱摩擦兩種形式，對(duì)稱摩擦起電量小，非對(duì)稱摩擦起電量大。試根據(jù)粉體結(jié)構(gòu)形態(tài)上的特點(diǎn)分析其靜電起電特性粉體是指由固體介質(zhì)分散而成的細(xì)小顆粒。粉體起電有兩個(gè)主要特點(diǎn)：即分散性和懸浮性。粉體的特點(diǎn)之一是分散性，分散性使得粉體表面積大幅增大。粉體表面積的增大，使其與空氣或其它介質(zhì)之間的的界面增大，從而發(fā)生接觸分離或摩擦的機(jī)會(huì)和程度大大增加，因而靜電起電的可能性和起電量也明顯增大，同時(shí)粉體表面積的增大，也使粉體與空氣中的助燃劑氧氣的接觸面積增大，使燃爆的可能性也大為提高。粉體的特點(diǎn)之二是其懸浮性。懸浮性首先使得粉體顆粒與它在其中懸浮的氣體或液體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)增加，更容易與這些介質(zhì)發(fā)生接觸一一分離或摩擦，所以更容易產(chǎn)生靜電，其次懸浮性帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題是：當(dāng)粉體在絕緣的氣體或液體中懸浮時(shí)，不管粉體顆粒原來(lái)是導(dǎo)體或是介質(zhì)，現(xiàn)在都變成是對(duì)地絕緣了，故這些顆粒帶電后極難加以泄漏，往往積累很高的靜電。簡(jiǎn)述壓氣輸送和裝填炸藥時(shí)影響炸藥起電量的各主要因素是什么？影響靜電起電的主要因素：粉體和管道材質(zhì)的影響輸送距離的影響（或輸送時(shí)間）氣體輸送速度的影響管道尺寸的影響影響炸藥起電量的主要因素接觸方式和接觸時(shí)間的影響軟管電阻的影響輸送速度的影響炸藥粒徑的影響為什么液體從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí)帶電量會(huì)有顯著增大？由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)，由于后者的流動(dòng)的紊亂性，其本身熱運(yùn)動(dòng)和碰撞的程度都比層流時(shí)劇烈，這就會(huì)比層流產(chǎn)生更多的空間電荷。因?yàn)閷恿鲿r(shí)，液體流速?gòu)墓艿乐虚g到管壁上速度較小，而在紊流的情況下，則呈現(xiàn)出較大的速度梯度，這種速度梯度變化使固-液偶電層中的活動(dòng)層內(nèi)有更多的電荷趨向管道中心，從而使管道的電荷密度及沖流電流都比片流層要大。為什么非常純凈的氣體噴出時(shí)不會(huì)帶電？一般氣體在噴出時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生靜電？純凈的氣體在與固體摩擦?xí)r，一般都不會(huì)起電。這是因?yàn)闅怏w與固體、液體最大的區(qū)別在于氣體中分子間距很大，分子很容易作自由運(yùn)動(dòng)，而不易與其它物質(zhì)作緊密接觸，這就很難形成偶電層。高壓氣體噴出時(shí)，會(huì)明顯帶電，這主要是因?yàn)闅怏w中會(huì)懸浮一定數(shù)量的固體或液體微粒，它們一起在管中流動(dòng)并高速噴出時(shí)，這些微粒與管的內(nèi)壁發(fā)生頻繁接觸一一分離過(guò)程，以致微粒和管壁分別帶上等量異號(hào)電荷。AA*尤第五章靜電接地系統(tǒng)：使帶電體上的靜電電荷向大地泄漏的外界導(dǎo)出通道稱為靜電接地系統(tǒng)。接地電阻：接地電阻是指作為接地體的金屬導(dǎo)體本身的電阻加上接地體與大地之間的電阻。靜電接地電阻：靜電接地電阻是指靜電接地系統(tǒng)的總電阻，它包含被接地物體與該物體上接地極之間的接觸電阻(RJ，這個(gè)接觸電阻是指被接地物體與接地極之間的接觸電阻，與被接地物體本身的電阻是完全不同的。連接接地極與接地體間的導(dǎo)線的電阻(Rc)，以及接地體與土壤之間的流散電阻(即接地電阻Re)等三部分之和，R=R+R+R靜電泄露電阻：是指被接地物體本身部分的電阻(Rm)(即由被接地物體本身的電阻率和物體尺寸所決定的電阻)與靜電接地電阻(Rs)兩者之和：即Rd=R+R靜電泄漏電阻在數(shù)值上應(yīng)等于帶電物體(被接地物體)的最高靜電位(即與大地之間的電位差um)與向大地泄放電流(/D)之比值。即：mRD=%D第六章1.電子產(chǎn)品的ESD危害有哪幾類？ESD對(duì)元器件擊穿的機(jī)理有哪些？危害：ESD對(duì)元器件的擊穿損害及其此導(dǎo)致的電子整機(jī)損害ESD對(duì)電子產(chǎn)品的電磁干擾損害(EMI)機(jī)理：①電壓型擊穿。靜電放電時(shí)形成的高電壓使MOS器件的柵氧化膜擊穿，造成輸入極失效；靜電放電高壓使集成電路的多層布線層間的絕緣介質(zhì)擊穿，造成層面短路；靜電放電高壓使集成電路相鄰引線（鉛條）發(fā)生放電，造成短路或開(kāi)路（當(dāng)鉛條有毛針時(shí)，更易發(fā)生）。②功率型（電流型）擊穿。由于發(fā)生在元器件的ESD在時(shí)間和空間上的高度集中性，使脈沖放電電流瞬態(tài)功率可以達(dá)到很大的數(shù)值。芯片在強(qiáng)電流作用下發(fā)生高溫熔蝕或部分阻值狀態(tài)改變，這也是ESD使元器件受損的重要機(jī)理。2.什么叫SSD及其靜電敏感度？ESD源與SSD或含SSD設(shè)備的耦合途徑有哪些？靜電敏感度是表征器件對(duì)ESD承受能力的大小的量，它是指器件所能承受的最大靜電放電電壓值，單位是V。傳導(dǎo)耦合這種耦合一般要求ESD源與SSD或設(shè)備之間有完整的電路連接。⑴ESD源與SSD或設(shè)備之間經(jīng)由公共電源或公共地線回路，而導(dǎo)致的ESD能量直耦合。⑵ESD源與SSD或設(shè)備之間通過(guò)電容（包括分布電容）或電感耦合。當(dāng)兩個(gè)回路距離很近時(shí)，即使未直接連接，但由于它們之間存在分布電容或電感，所以仍可通過(guò)電容耦合或電感耦合傳輸ESD能量。輻射耦合⑴如電子設(shè)備被封閉在完全封閉的金屬殼體（機(jī)殼）中，則ESD的電磁能量（電磁波）首先輻射到機(jī)殼外表面，由于趨膚效應(yīng)而引起的部分電磁場(chǎng)穿透，使ESD能量耦合到系統(tǒng)內(nèi)部，再通過(guò)電纜或管腳步進(jìn)一步引入到敏感元件上。實(shí)際上許多SSD包裝套或電子設(shè)備的機(jī)殼不是完全封閉的，而有一些小孔和縫隙。因?yàn)镋SD輻射實(shí)際上是傳播的電磁波，按惠更斯——菲涅爾原理，當(dāng)ESD輻射達(dá)到孔洞或縫隙時(shí)，它們就被激勵(lì)成了新的輻射源，并在殼體內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng)而進(jìn)入元器件內(nèi)造成干擾。電路板上的導(dǎo)體或?qū)Ь€以及元器件的管腳本身就相當(dāng)于接收天線。這些為ESD電磁能量耦合提供了重要的途徑。