機(jī)載設(shè)備自動(dòng)測(cè)試車間靜電的產(chǎn)生與防護(hù)

王玉峰，邵旭東，劉錦濤

（1.海軍航空工程學(xué)院青島分院，山東青島266041；2.解放軍91599部隊(duì)，山東青島266041）

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，大規(guī)模集成電路在機(jī)載電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，使機(jī)載電子設(shè)備呈現(xiàn)出小型化、數(shù)字化、功能化以及總線化的特點(diǎn)，這給機(jī)載電子設(shè)備的維護(hù)、維修帶來困難。但隨著GPIB、VXI、PXI以及LXI等各種程控總線技術(shù)的日益完善，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)研制的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（Automatic Test Equipment）可以較好地解決這一問題。因此，在自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（簡(jiǎn)稱ATE）機(jī)載設(shè)備的維護(hù)、維修工作中得到了廣泛應(yīng)用。

在機(jī)載電子設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)車間（ATE車間）中，無論是機(jī)載設(shè)備，還是各種檢查儀器，均大量使用了各種高密度的集成芯片，這些集成電路、集成芯片具有點(diǎn)間距小、傳輸導(dǎo)線細(xì)、運(yùn)算速度快、輸入阻抗高以及集成度高等特點(diǎn)，極易受到靜電影響，機(jī)載設(shè)備在檢測(cè)、維修、運(yùn)輸和儲(chǔ)存等過程中，均可能產(chǎn)生靜電放電，使其損壞，造成巨大損失。

本文根據(jù)機(jī)載電子設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)車間工作特點(diǎn)，本著維修人員、ATE測(cè)試設(shè)備和機(jī)載電子設(shè)備安全的目的，在分析了靜電產(chǎn)生原因及特點(diǎn)、靜電放電途徑及危害的基礎(chǔ)上，提出來機(jī)載電子設(shè)備ATE車間的靜電防護(hù)的有效措施。

1 靜電產(chǎn)生的機(jī)理及特點(diǎn)

靜電是一種客觀的自然現(xiàn)象，是由于物質(zhì)的正、負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡而引起的結(jié)果。由于物質(zhì)的性質(zhì)（如固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)）不同，靜電產(chǎn)生的機(jī)理差異較大，其中金屬固態(tài)起電的理論較為成熟，其靜電起電與固態(tài)金屬的功函數(shù)有關(guān)，功函數(shù)越小，固態(tài)金屬越容易起電。在固態(tài)金屬的起電方式較多，如摩擦、剝離、感應(yīng)、破裂、電解、壓電、熱電等，其中摩擦、剝離和感應(yīng)是主要的三種金屬固態(tài)的起電形式。

靜電產(chǎn)生過程，可以簡(jiǎn)單歸納為：接觸→電荷轉(zhuǎn)移→形成偶電層→分離。設(shè)備或人體上的靜電，最高可達(dá)數(shù)萬伏以至數(shù)十萬伏,在正常條件下也常達(dá)數(shù)百至數(shù)千伏。

影響靜電產(chǎn)生的環(huán)境因素，主要有溫度、濕度、氣壓等。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)空氣的相對(duì)濕度達(dá)到80%以上時(shí)，任何物體所帶靜電電量都很小，而當(dāng)空氣相對(duì)濕度低于30%，并且溫度較低時(shí)，物體因靜電起電的電量就會(huì)較大。

2 靜電的危害

靜電放電（ESD）就是帶電體產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大于周圍介質(zhì)的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，介質(zhì)產(chǎn)生電離，而使帶電體上的靜電荷部分或全部消失的現(xiàn)象。靜電放電具有高電位、低電量、小電流和作用時(shí)間短的特點(diǎn)。

ESD是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，在這個(gè)過程中，同時(shí)會(huì)有強(qiáng)電磁場(chǎng)效應(yīng)、熱效應(yīng)、力學(xué)效應(yīng)以及會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生電擊效應(yīng)等多種效應(yīng)，并伴有火花的產(chǎn)生，因此會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和日常生活產(chǎn)生危害。

如在工業(yè)生產(chǎn)過程中，由于靜電原因會(huì)使產(chǎn)品的品質(zhì)下降、造成火災(zāi)、爆炸；在電子行業(yè)中，由于靜電放電，可以改變半導(dǎo)體器件的電性能，使其降級(jí)或損壞；特別是隨著電子產(chǎn)品體積的小型化和運(yùn)算速度的高速化，電子器件對(duì)靜電的敏感度越來越高，并且ESD具有普遍性、隨機(jī)性和隱蔽性的特點(diǎn)，在電子元件的制造、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和使用過程中，常常會(huì)發(fā)生ESD現(xiàn)象。

雖然人們?cè)陟o電防護(hù)方面處處注意，采取各種各樣的靜電防護(hù)方法，據(jù)統(tǒng)計(jì)每年還會(huì)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)十億美元損失。如果對(duì)周圍環(huán)境不加以控制，或控制措施不得當(dāng)，危害就會(huì)更大。另外，ESD的過程還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生電擊，給人體造成一定的危害。

要形成靜電放電，從而造成靜電危害，必須具備3個(gè)條件：

（1）產(chǎn)生并積累起足夠的靜電，形成“靜電源”；

（2）在“靜電源”的周圍，存在著對(duì)靜電敏感的器件以及電子裝置等靜電易損物體；

（3）在“靜電源”與靜電易損物體之間，形成能夠能量耦合并且ESD的能量要大于靜電易損物體的靜電敏感度。

只要具備了上述3個(gè)條件，就會(huì)發(fā)生ESD現(xiàn)象，從而造成危害。

3 ATE車間靜電產(chǎn)生分析

機(jī)載電子設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)車間（ATE車間），主要是承擔(dān)機(jī)載電子設(shè)備的檢查和維修的重要場(chǎng)所。ATE車間中有大量的測(cè)試設(shè)備、維修工具，如頻譜分析儀、微波功率計(jì)、無線電綜合測(cè)試儀以及高頻開關(guān)、1553總線模擬器等VXI模塊，機(jī)載電子設(shè)備主要有雷達(dá)發(fā)射機(jī)和數(shù)字處理機(jī)、無線電通信導(dǎo)航設(shè)備和慣性導(dǎo)航設(shè)備等等。認(rèn)真做好靜電防護(hù)，對(duì)于保證測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)確性和機(jī)載電子設(shè)備的安全性，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在機(jī)載電子設(shè)備ATE車間中，產(chǎn)生靜電的過程，主要是在機(jī)載設(shè)備運(yùn)輸、拆裝、儲(chǔ)存以及焊接、分解、測(cè)試等工藝過程；產(chǎn)生靜電的原因、途徑，主要是摩擦、感應(yīng)和傳導(dǎo)等；產(chǎn)生靜電的主體是機(jī)載電子設(shè)備、測(cè)試儀器、維修工具和車間工作的機(jī)務(wù)維護(hù)人員。

機(jī)務(wù)維修人員在工作過程中，由于接觸－分離、摩擦、碰撞、感應(yīng)等作用，會(huì)使機(jī)載的電子設(shè)備、操作人員、測(cè)試儀器、工具等帶靜電。

例如，在ATE的陣列接口上安裝或拆卸適配器過程中，會(huì)有摩擦、接觸－分離的過程，會(huì)產(chǎn)生ESD的過程；再比如，ATE系統(tǒng)的散熱風(fēng)扇工作時(shí)，高速流動(dòng)的空氣與機(jī)柜、測(cè)試儀器之間的摩擦，同樣是一個(gè)靜電起電的過程。諸如此類的靜電起電的過程，在ATE車間大量的存在。在諸多的靜電發(fā)生源中，機(jī)務(wù)維護(hù)人員作為維修過程中的主體，活動(dòng)的范圍大、活動(dòng)頻率高，與機(jī)載設(shè)備、測(cè)試儀器接觸頻繁，是ATE車間的主要的ESD危害源。

4 ATE車間靜電防護(hù)的措施

從上述ATE車間的靜電產(chǎn)生的分析可知，機(jī)載電子設(shè)備的ATE車間主要的靜電發(fā)生源，是人體、車間地面、工作臺(tái)面、機(jī)載電子設(shè)備、ATE設(shè)備以及一些易產(chǎn)生靜電的工具等。為了有效實(shí)施ATE車間的靜電防護(hù)，應(yīng)當(dāng)從靜電防護(hù)技術(shù)和管理兩個(gè)方面入手，制定靜電方法安全操作規(guī)程，實(shí)施靜電防護(hù)的技術(shù)措施。

4.1 ATE車間的靜電安全操作規(guī)程

（1）在ATE車間應(yīng)當(dāng)識(shí)別靜電放電敏感器件。凡是含有靜電放電敏感器件的設(shè)備和放置這種設(shè)備的地方，都要做出黃色警告的標(biāo)志，并將這些標(biāo)志粘貼在醒目的和維修人員需要操作的部位；工作人員在貼有黃色標(biāo)志的部位或設(shè)備上，需要進(jìn)行各種操作時(shí)，應(yīng)該按照黃色標(biāo)志的提示進(jìn)行。

（2）在修理含有靜電放電敏感器件的設(shè)備應(yīng)做到：

所有的操作，要嚴(yán)格地限制在靜電安全工作區(qū)域內(nèi)進(jìn)行；

靜電安全工作區(qū)域，要有良好的接地系統(tǒng)，工作區(qū)域內(nèi)的地板和工作臺(tái)面、工作桌椅等均使用防靜電產(chǎn)品，

靜電安全工作區(qū)域內(nèi)，要配帶有良好接地的腕帶或腳帶，在維修過程中，工作人員必須配帶腕帶，腕帶。

（3）搬運(yùn)或儲(chǔ)存含有靜電放電敏感器件的設(shè)備時(shí)，必須用導(dǎo)電的防塵罩將設(shè)備的插頭座罩住，以避免手指等觸及插腳。未經(jīng)防靜電包裝袋包裝的靜電放電敏感器件，只能在安全工作區(qū)域內(nèi)部傳送。靜電放電敏感件需要長(zhǎng)期存放，或轉(zhuǎn)移出靜電安全工作區(qū)域以外的地方去時(shí)，必須要用特殊制造的防靜電包裝袋包裝起來。

4.2 靜電防護(hù)的技術(shù)措施

依據(jù)靜電放電的條件，靜電防護(hù)的技術(shù)措施主要集中在兩個(gè)方面，一是有效控制ATE車間的靜電源的靜電能量，使其降低至所有的靜電敏感器件的損害閥值以下；二是切斷靜電敏感器件與靜電源之間的耦合途徑?；谝陨蟽牲c(diǎn)，提出ATE車間的靜電防護(hù)的如下技術(shù)措施。

（1）建立ATE車間的靜電接地系統(tǒng)。靜電接地，就是通過金屬導(dǎo)體或?qū)ъo電材料，使帶電體與大地在電氣上可靠連接，形成靜電荷的泄漏，從而防止電荷的積累。靜電接地是ATE車間進(jìn)行靜電防護(hù)的關(guān)鍵的技術(shù)措施之一。原則上靜電接地要與防雷接地、電源接地分開，單獨(dú)鋪設(shè)，不與防雷接地、電源接地共用一個(gè)接地體。ATE車間的靜電接地鋪設(shè)后，車間地面、工作臺(tái)面、機(jī)載電子設(shè)備、ATE設(shè)備的殼體要與靜電接地系統(tǒng)可靠連接；人體的防靜電的設(shè)備，如防靜電的腕帶或腳帶、防靜電鞋以及防靜電座椅等，也要與靜電接地系統(tǒng)可靠連接。

（2）配備人體靜電防護(hù)系統(tǒng)。人體靜電防護(hù)系統(tǒng)，主要由防靜電手腕帶、腳腕帶、工作服、鞋襪、帽、手套等組成，具有靜電泄露，中和與屏蔽等功能，具有較好的靜電防護(hù)的效果。給ATE車間工作人員配備一定數(shù)量的人體靜電防護(hù)設(shè)備，可以有效地起到靜電防護(hù)的作用。為了防止工作人員進(jìn)出時(shí)將靜電帶入到車間，可以在ATE車間的門口處設(shè)置放靜電把手，或安裝離子風(fēng)的氣幕進(jìn)行吹淋。

另外，靜電的產(chǎn)生與空氣的濕度有很大關(guān)系。濕度高時(shí)，空氣中所含有的水分子就多，物體表面吸附的水分子也多，表面的電阻率降低，易于靜電荷傳遞，產(chǎn)生的靜電電壓必然較低。相反，空氣約濕度較低時(shí)，同樣的活動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生較高的靜電電壓，易發(fā)生靜電放電，因此，在滿足ATE車間環(huán)境條件的前提下，控制ATE車間內(nèi)部的濕度，也能夠防靜電的效果。

5 結(jié)束語

總之，靜電防護(hù)工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，任何環(huán)節(jié)的失誤或疏漏，都有可能導(dǎo)致靜電防護(hù)工作的失敗，甚至造成設(shè)備故障，需要ATE的操作使用人員提高認(rèn)識(shí)，規(guī)范操作。本文涉及靜電防護(hù)措施應(yīng)用到了ATE車間建設(shè)中。

[1]范 蕾，劉 軍.電能計(jì)量檢定/校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室靜電產(chǎn)生與防護(hù)措施分析[J].現(xiàn)代測(cè)試與實(shí)驗(yàn)室管理，2009，（5）：50-51.

[2]劉尚合.靜電放電及危害防護(hù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2004.

[3]王玉峰.接地技術(shù)分析[J].中國(guó)儀器儀表，2005，（9）:98-99.

[4]航空電氣技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：民航出版社，2004.

[5]李 琦.靜電放電引起事故的預(yù)防[J].民營(yíng)科技，2009，（9）：12.