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《静电的防止与利用》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标（1）学生能够理解静电产生的原因和本质。
（2）学生能够列举生活中常见的静电现象，并解释其原理。
（3）学生能够掌握静电防止和利用的基本方法和原理。
2、过程与方法目标（1）通过实验观察和分析，培养学生的观察能力和逻辑思维能力。
（2）通过小组讨论和交流，培养学生的合作学习能力和语言表达能力。
3、情感态度与价值观目标（1）学生能够认识到静电在生活和生产中的重要性，增强对物理知识的兴趣。
（2）学生能够养成关注生活中的物理现象，善于思考和探索的科学态度。
二、教学重难点1、教学重点（1）静电产生的原因和本质。
（2）静电防止和利用的方法和原理。
2、教学难点（1）理解静电平衡的概念和特点。
（2）分析静电在实际生活和生产中的应用案例。
三、教学方法1、讲授法：讲解静电的基本概念和原理。
2、实验法：通过演示实验，让学生直观地观察静电现象。
3、讨论法：组织学生进行小组讨论，共同探讨静电的防止和利用方法。
4、案例分析法：分析实际生活和生产中的静电应用案例，加深学生对知识的理解。
四、教学过程1、导入新课通过播放一段关于静电现象的视频，如冬天脱毛衣时的火花、触摸金属门把时的电击等，引起学生的兴趣，然后提问：“同学们，你们在生活中还遇到过哪些静电现象？这些现象是怎么产生的呢？”从而导入新课。
2、新课讲授（1）静电的产生①摩擦起电：通过实验演示，用丝绸摩擦玻璃棒，毛皮摩擦橡胶棒，让学生观察带电现象，讲解摩擦起电的原因是不同物质的原子核对电子的束缚能力不同，当两种物质摩擦时，电子会从束缚能力弱的物质转移到束缚能力强的物质上，从而使物体带电。
②接触起电：让学生观察两个不带电的金属球接触后再分开的实验，讲解接触起电的原理是电荷的转移。
③感应起电：演示一个带正电的物体靠近不带电的导体，导体两端出现等量异种电荷的实验，讲解感应起电的原理是电荷在电场力的作用下重新分布。
（2）静电的本质讲解静电的本质是电荷的积累，电荷分为正电荷和负电荷，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
《静电防护措施》ppt课件CATALOGUE 目录•静电概述•静电防护措施•静电防护应用•静电防护的挑战与解决方案•总结与展望静电概述CATALOGUE 01静电现象产生原因静电现象及产生原因爆炸和火灾电击影响生产干扰电子设备静电的危害静电防护的重要性030201静电防护措施CATALOGUE 02接地和连接静电接地防静电连接器是专门用于设备与设备之间、设备与大地之间的静电连接的连接器。
防静电连接器防静电手环静电屏蔽离子棒离子棒是一种能够产生正负离子的设备，通过将离子释放到空气中，从而中和空气中的静电荷。
离子风机离子风机是一种能够产生正负离子的设备，通过将离子吹向带电物体表面，从而中和带电物体表面的静电荷。
离子液体离子液体是一种能够产生正负离子的液体，通过将离子液体涂抹到带电物体表面，从而中和带电物体表面的静电荷。
离子中和抗静电添加剂静电防护应用CATALOGUE 03静电对电子行业的影响电子行业中的静电防护至关重要，因为静电可能导致电子元件损坏，影响产品的质量和可靠性。
静电防护措施为防止静电对电子元件的影响，通常采取一系列静电防护措施，包括使用防静电材料、设计静电防护结构和加强员工培训等。
电子行业静电防护静电对石油化工行业的影响静电防护措施石油化工行业静电防护航空航天行业静电防护静电对航空航天行业的影响静电防护措施静电防护的挑战与解决方案CATALOGUE04静电放电静电放电产生的瞬间电流，可能导致设备或人员的损害。
静电防护的挑战静电产生摩擦、接触、感应等情况下，物体间会产生静电。
静电积累静电荷可以大量积累，达到几千甚至上万伏特。
设备损害静电放电可能直接导致电子元件的损坏或降低其性能。
生产停顿静电问题可能导致生产线停顿，影响生产效率和产品质量。
解决方案建议对员工进行静电防护培训，提高他们对静电问题的认识和预防意识。
使用静电消除器，可以有效地消除物体上的静电荷。
控制工作场所的湿度，增加空气中的水分，有利于减少静电的产生。
如何设计静电防护电路?对于大部分工程师来说，ESD是一种挑战，不仅要保护昂贵的电子元件不被ESD损毁，还要保证万一出现ESD事件后系统仍能继续运行。
这就需要对ESD冲击时发生了什么做深入的了解，才能设计出正确的ESD保护电路。
我们的手都曾有过静电放电（ESD）的体验，即使只是从地毯上走过然后触摸某些金属部件也会在瞬间释放积累起来的静电。
我们许多人都曾抱怨在实验室中使用导电毯、ESD 静电腕带和其它要求来满足工业ESD标准。
我们中也有不少人曾经因为粗心大意使用未受保护的电路而损毁昂贵的电子元件。
对某些人来说ESD是一种挑战，因为需要在处理和组装未受保护的电子元件时不能造成任何损坏。
这是一种电路设计挑战，因为需要保证系统承受住ESD的冲击，之后仍能正常工作，更好的情况是经过ESD事件后不发生用户可觉察的故障。
与人们的常识相反，设计人员完全可以让系统在经过ESD事件后不发生故障并仍能继续运行。
将这个目标谨记在心，下面让我们更好地理解ESD冲击时到底发生了什么，然后介绍如何设计正确的系统架构来应对ESD。
简单的ESD模型将一个电容充电到高电压（一般是2kV至8kV），然后通过闭合开关将电荷释放进准备承受ESD冲击的受损器件（图1）。
电荷的极性可以是正也可以是负，因此必须同时处理好正负ESD两种情况。
图1：板级ESD通常涉及机器模型（MM）和人体模型（HBM）破坏受损电路的高瞬态电压一般具有几个纳秒的上升时间和大约100纳秒的放电时间。
受损电路不同，对正负冲击的敏感性可能也有很大的不同，因此你需要同时处理好正负冲击。
人体模型（HMB）和机器模型（MM）这两种最常见模型之间的区别主要在于串联电。
课时：2课时教学目标：1. 了解静电屏蔽的概念、原理及其应用。
2. 掌握静电屏蔽的基本方法和技术。
3. 培养学生的动手能力和创新意识。
教学重点：1. 静电屏蔽的概念和原理。
2. 静电屏蔽的基本方法和技术。
教学难点：1. 静电屏蔽的应用领域。
2. 静电屏蔽的设计与优化。
教学准备：1. 多媒体课件。
2. 静电屏蔽实验器材：金属网、绝缘材料、高压电源、电容器等。
3. 学生分组实验报告。
教学过程：第一课时一、导入1. 引入静电屏蔽的概念，提出问题：什么是静电屏蔽？为什么需要静电屏蔽？2. 学生分组讨论，总结静电屏蔽的定义和作用。
二、静电屏蔽的原理1. 讲解静电屏蔽的基本原理，包括电荷分布、电场分布等。
2. 通过多媒体课件展示静电屏蔽的示意图，帮助学生理解。
三、静电屏蔽的方法和技术1. 介绍静电屏蔽的基本方法，如金属网、绝缘材料等。
2. 讲解静电屏蔽技术的应用，如高压输电线路、电子设备等。
四、实验演示1. 实验演示静电屏蔽的基本原理，让学生观察电荷分布和电场分布的变化。
2. 学生分组进行静电屏蔽实验，观察实验现象，分析实验结果。
五、总结与作业1. 总结静电屏蔽的概念、原理、方法和应用。
2. 布置作业：查阅资料，了解静电屏蔽在生活中的应用，撰写一篇短文。
第二课时一、导入1. 回顾静电屏蔽的基本知识，提出问题：静电屏蔽有哪些应用领域？2. 学生分组讨论，总结静电屏蔽的应用领域。
二、静电屏蔽的应用1. 介绍静电屏蔽在各个领域的应用，如通信、电子、电力等。
2. 通过多媒体课件展示静电屏蔽的应用实例，帮助学生理解。
三、静电屏蔽的设计与优化1. 讲解静电屏蔽的设计原则和优化方法。
2. 分析静电屏蔽设计中的关键因素，如材料选择、结构设计等。
四、分组讨论与实验1. 学生分组讨论静电屏蔽的设计与优化问题，提出设计方案。
2. 学生分组进行静电屏蔽实验，验证设计方案，分析实验结果。
五、总结与作业1. 总结静电屏蔽的设计与优化方法，强调关键因素。
ESD防护及设计一、ESD产生静电的产生无处不在，可分类为：1.摩擦、剥离起电2.感应起电感应起电是物体在静电场的作用下，发生了的电荷上再分布的现象。
比如：一个设备加电工作的过程中，产生了一定的电磁场，外围的物体受场的作用会感应出部分电荷，如显示器的屏幕带电现象。
而容性起电就比较复杂了，它是由于已经具有一定电荷的带电体在与另一物体靠近、分离时。
根据平行板电容公式c= εS/4πkd（S为金属片的正对面积，d为两金属片间的距离）。
系统电容发生改变，由Q=CV（C为电容，V为电压）可知，携带一定电量的物体或人体上的静电电位将发生变化，这就会导致集成块等微电子器件的损坏。
利用静电感应原理，使导体带电的过程。
A球原不带电，带电的B球使A球电荷发生转移，在接地情况下，经c、e、f等过程使A球带上电荷，谓之感应起电。
lV=Q/C;lC=εA/d二、ESD的特点1.干燥环境更易产生静电：2.人体对静电的感知:在3kV时，你能通过皮肤感知；在5kV时，你能听见；在10kV时，你能看见；3.静电放电的特点高电位：数百至数千伏，甚至高达数万至数十万伏；（人体对3kV以下的静电不易感觉到）低电量：静电多为微安级；（尖端瞬间放电除外）放电时间短：一般为微秒级；一个ESD瞬态感应电流在小于1ns的时间内就能达到峰值(依据IEC 61000-4-2标准)受环境影响大：特别是湿度；湿度上升则静电积累减少，静电压下降；三、ESD的危害ESD失效：仿真人体带8kV静电放电，放电3次；放大3000倍；硬损伤和软损伤人体静电可以摧毁任何一个常用半导体器件。
（以前实验室发现有人裸手拿板，就发一块坏板，让他维修。
）四、ESD控制静电不能被消除，只能被控制控制ESD的方法：1.堵：从机构上做好静电的防护，用绝缘的材料把PCB板密封在外壳内，不论有多少静电都不能到释放到PCB上。
2.导：有了ESD，迅速让静电导到PCB板的主GND上，可以消除一定能力的静电。
静电防护电路设计
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静电防护电路设计
产品的静电防护是多方面的，必须从产品的立项开始全面考虑结构设计、PCB
设计、零件的选择、组装及使用环境等。其中，PCB的设计对产品ESD的防护
可以说是至关重要的。
PCB设计
在PCB板的设计当中，可以通过分层、恰当的布局布线和安装，实现PCB的
抗ESD设计。在设计过程中，通过预测可以将绝大多数设计修改仅限于增减元
器件。通过调整PCB布局布线，能够很好地防范ESD。以下是一些常见的防范
措施。
1．电路板布局布线
电路板布局布线方面抗ESD设计，需要遵循以下原则：
1)尽可能使用多层PCB，相对于双面PCB而言，地平面和电源平面，以及排列
紧密的信号线，地线间距能够减小共模阻抗和感性耦合，使之达到双面PCB的
171()全I/100 0尽量地将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层。对于顶层和
底层表面都有元器件、具有很短连接线及许多填充地的高密度PCB，可以考虑
使用内层线。
2)对于双面PCB来说，要采用紧密交织的电源和地栅格。电源线紧靠地线，在
垂直和水平线或填充区之间，要尽可能多地连接。一面的栅格尺寸小于等于60
mm，如果可能，栅格尺寸应小于13 mm.
3)确保每一个电路尽可能紧凑。尽可能将所有连接器都放在一边。
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4)在引向机箱外的连接器（容易直接被ESD击中）下方的所有PCB层上，要放
置宽的机箱地或者多边形填充地，并每隔大约13 mm的距离用过孔将它们连按
在一起。
5)在卡的边缘上放置安装孔，安装孑L周围用无阻焊剂的顶层和底层焊盘连接
到机箱地上。 6)PCB装配时，不要在顶层或者底层的焊盘上涂覆任何焊料。使
用具有内嵌垫圈的螺钉来实现PCB与金属机箱／屏蔽层或接地面上支架的紧密
接触。在每一层的机箱地和电路地之间，要设置相同的“隔离区”；如果可能，
保持间隔距离为0. 64 mm。
7)在卡的顶层和底层靠近安装孔的位置，每隔100 mm沿机箱地线将机箱地和电
路地用1. 27 mm宽的线连接在一起。与这些连接点的相邻处，在机箱地和电路
地之间放置用于安装的焊盘或安装孔。这些地线连接可以用刀片划开，以保持
开路，或用磁珠／高频电容的跳接。如果电路板不会放入金属机箱或者屏蔽装
置中，在电路板的顶层和底层机箱地线上不能涂阻焊剂，这样它们可以作为
ESD电弧的放电极。
8)要以下列方式在电路周围设置一个环形地。
·除边缘连接器及机箱地以外，在整个外围四周放上环形地。
·确保所有层的环形地宽度大于2.5 mmo
·每隔13 mm用过孔将环形地连接起来。
·将环形地与多层电路的公共地连接到一起。
·对安装在金属机箱或者屏蔽装置里的双面板来说，应该将环形地与电路公共地
连接起来。不屏蔽的双面电路则虚该将环形地连接到机箱地，环形地上不能涂
阻焊剂，以便该环形地可以充当ESD的放电棒，在环形地（所有层）上的某个
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位置处至少放置一个0.5 mm宽的间隙，这样可以避免形成一个大的环路。信号
布线离环形地的距离不能小于0.5 mm。
9)在能被ESD直接击中的区域，每一个信号线附近都要布一条地线o I70电路
要尽可能靠近对应的连接器。对易受ESD影响的电路，应该放在靠近电路中心
的区域，这样其他电路可以为它们提供一定的屏蔽作用.
10)通常在接收端放置串联的电阻和磁珠，而对那些易被ESD击中的电缆驱动
器，也可以考虑在驱动端放置串联的电阻或磁珠。通常在接收端放置瞬态保护
器。用短而粗的线（长度小于5倍宽度，最好小于3倍宽度）连接到机箱地。
从连接器出来的信号线和地线要直接接到瞬态保护器，然后才能接电路的其他
部分。
11)在连接器处或者离接收电路25 mm的范围内，要放置滤波电容。
·用短而粗的线连接到机箱地或者接收电路地（长度小于5倍宽度，最好小于3
倍宽度）o
·信号线和地线先连接到电容再连接到接收电路。
12)要确保信号线尽可能短。信号线的长度大于300 mm时，一定要平行布一条
地线。确保信号线和相应回路之间的环路面积尽可能小。对于长信号线每隔几
厘米便要调整信号线和地线的位置来减小环路面积。
13)从网络的中心位置驱动信号进入多个接收电路。确保电源和地之间的环路面
积尽可能小，在靠近集成电路芯片每一个电源管脚的地方放置一个高频电容6
在距离每一个连接器80 mm范围以内放置一个高频旁路电容。
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14)在可能的情况下，要用地填充未使用的区域，每隔60 mm距离将所有层的填
充地连接起来。确保在任意大的地填充区<大约大于25 mm x6 mm）的两个相
反端点位置处与地连接。电源或地平面上开口长度超过8 mm时，要用窄的线
将开口的两侧连接起来。复位线、中断信号线或者边沿触发信号线不能布置在
靠近PCB边沿的地方。
15)将安装孔同电路共地连接在一起，或者将它们隔离开来。
·金属支架必须和金属屏蔽装置或者机箱一起使用时，要采用一个零欧姆电阻实
现连接。
·确定安装孔大小来实现金属或者塑料支架的可靠安装，在安装孔顶层和底层上
要采用大焊盘，底层焊盘上不能采用阻焊剂，并确保底层焊盘不采用波峰焊工
艺进行焊接。
16)不能将受保护的信号线和不受保护的信号线并行排列。要特别注意复位、中
断和控制信号线的布线。
·要采用高频滤波。
·远离输入和输出电路。
·远离电路板边缘。
17)如果一个机箱或者主板内装几个电路板，应该将对静电最敏感的电路板放在
最中间。
