電子設(shè)備靜電放電危害及防護(hù)技術(shù)研究

張國茂

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電器和電子設(shè)備廣泛運(yùn)用到人們的日常生產(chǎn)和生活中，靜電造成的危害已受到世界各國的高度重視。文章對電子設(shè)備靜電放電危害及防護(hù)技術(shù)進(jìn)行了研究，希望能對人們?nèi)粘Ｓ秒姺雷o(hù)提供部分對策。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)備；靜電放電；危害；防護(hù)

如何安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地使用各類電子設(shè)備，避免電子設(shè)備使用過程中受到靜電放電的危害，進(jìn)而確保生產(chǎn)生活的順利進(jìn)行是每個電子設(shè)備使用者必須要注意的問題。因此，在電子生產(chǎn)中要采取科學(xué)合理的防護(hù)措施降低靜電帶來的風(fēng)險。

1 靜電放電的形成和對電子設(shè)備的危害

1.1 靜電放電的定義

靜電的產(chǎn)生是由于材料表面電荷（或離子）的不平衡引起的，而這種不平衡產(chǎn)生的電荷是可以檢測到的。處于這種狀態(tài)的物體成為帶電體，帶電體的周圍存在靜電場。物體所帶的電荷有兩種：正電荷和負(fù)電荷。在不同電位的兩個物體之間靜電荷的轉(zhuǎn)移就是靜電放電。

1.2 電放電類型

靜電放電類型一般分為如下兩種：（1）尖端放電是空氣被局部電離的一種放電方式，常發(fā)生在極度不均勻的電場中，在放電過程中，產(chǎn)生微量的電流；（2）火花放電是一個瞬變的過程，當(dāng)靜電導(dǎo)體靠近接地導(dǎo)體便會誘發(fā)靜電火花放電，但必須滿足靜電電位比較高這個條件。放電時，由于放電體之間的空氣會被擊穿，形成高速的火花通道，并還伴有爆裂聲，而氣壓沖擊波則由火花通道內(nèi)空氣溫度的急劇上升而造成的，爆裂聲也從中得來。

1.3 靜電放電對電子設(shè)備的危害

高電位、強(qiáng)電場、瞬時電流大是靜電放電的3大特點，靜電的放電過程中電流脈沖上升速度極快，并釋放出強(qiáng)烈的電磁輻射，靜電放電電磁脈沖就這樣形成，所幸持續(xù)的時間極短，但強(qiáng)大的電磁能量往往足夠?qū)﹄娮酉到y(tǒng)中敏感器件的造成破壞。

電子設(shè)備中采用大規(guī)模集成電路甚至超強(qiáng)規(guī)模的集成電路，己經(jīng)是時下電子信息技術(shù)發(fā)展的趨勢。敏感器件的使用，導(dǎo)致對靜電放電的敏感性有所增加。由靜電放電引起的元器件的擊穿是電子工業(yè)最普遍、最嚴(yán)重的靜電危害。在靜電放電時可產(chǎn)生幾百赫茲到幾十兆赫茲的頻帶、電平達(dá)幾十毫伏的電磁脈沖干擾。

（1）首先，在產(chǎn)品加工制造到使用維護(hù)的任一環(huán)節(jié)，任一步驟中電子元器件的靜電放電損傷均有可能發(fā)生，具有很大的普遍性和隨機(jī)性。在一般情況下，人體操作過程中帶的靜電為1?2kV，靜電放電發(fā)生時，人體感覺一般不明顯，但出于靜電放電具有很強(qiáng)的隱蔽性的特點，某些電子元器件卻在人們不知不覺中受到損傷而失效。

（2）其次，高幅值、高頻譜的電磁輻射往往伴隨靜電放

電過程產(chǎn)生但又無法消除，此種電磁脈沖的產(chǎn)生對多種電子設(shè)備的干擾都是致命的。電脈沖干擾時往往表現(xiàn)為一部分電子設(shè)備輕則產(chǎn)生誤動、干擾、失效、信息的丟失等故障，重則還會導(dǎo)致系統(tǒng)混亂，讓電子設(shè)備無法運(yùn)作，破壞力不容小視。

（3）最后，靜電放電會導(dǎo)致電子器件突發(fā)性失效和潛在性失效兩種。突發(fā)性失效是指靜電損傷使電子器件的電路參數(shù)發(fā)生變化，使之功能喪失。這種失效約占失效總數(shù)的10%；潛在性失效是指靜電損傷引起器件性能的部分退化，但影響并不嚴(yán)重，不妨礙正常使用，然而電子器件的使用周期就會大不如前。這種失效約占失效總數(shù)的90%，所以危害性更大，應(yīng)該給予足夠的重視。

1.4 電子設(shè)備靜電放電失效機(jī)理

電子設(shè)備靜電放電失效機(jī)理一般分為熱二次擊穿、金屬化熔融、介質(zhì)擊穿、氣弧放電、表面擊穿、體擊穿6種。

靜電放電引起的射頻干擾會使電子設(shè)備造成電噪聲、電磁干擾，進(jìn)而使其產(chǎn)生誤動作或功能失效。強(qiáng)電磁脈沖及其浪涌效應(yīng)對電子設(shè)備可以造成不同程度的損害，一方面可以造成器件或電路的性能參數(shù)劣化或完全失效，另一方面可以形成累積效應(yīng)，埋下潛在的危害，使電路或設(shè)備的可靠性降低。射源所產(chǎn)生的離子電流量雖然很低，不易因放電引燃易燃物，但靜電中和效果低，且使用時須注意輻射物對電子設(shè)備人員使用者的安全。

2 電子設(shè)備生產(chǎn)的靜電防護(hù)措施

靜電防護(hù)的原則一般基于以下幾點。

2.1 控制靜電起電率防止危險靜電源的形成

主要通過辦法有：減少物體間的摩擦，控制物體接觸分離速度和次數(shù)，使物體表面保持清潔光滑的狀態(tài)等。

2.2 增大電荷消散速率防止電荷積聚

主要辦法有：為工作環(huán)境增濕，使用靜電導(dǎo)體或靜電消散材料，并做好電子設(shè)備接地搭接工作，在必須使用絕緣材料的場所使用離子風(fēng)機(jī)（見圖1）等靜電消除器。

2.3 可以通過靜電接地來實現(xiàn)靜電泄露

靜電接地是各種防靜電規(guī)范中的基礎(chǔ)防護(hù)措施。通過導(dǎo)電體或者防靜電材料與大地進(jìn)行可靠連接，將多余靜電導(dǎo)走，進(jìn)而達(dá)到消除靜電的目的。

靜電接地的基本設(shè)施一般有：接地裝置、防靜電工作臺、防靜電地面。

接地體，接地干線和接地與線組成一個完整的靜電接地裝置。靜電接地體，一般采用金屬導(dǎo)體，長度在2米內(nèi)為最佳，水平埋入土壤中，大約半米深即可。接地體的選材和最小尺寸為：扁鋼、角鋼，一般控制在25?40mm、壁厚3.5mm。接地干線可采用鍍鋅的扁鋼或圓鋼為宜。接地支線可用多股電線，也可用多股不銹鋼編輯帶。再用焊接連接或螺栓連接將接地體、接地干線之間的鏈接起來，構(gòu)成一個完整的靜電接地裝置。

防靜電工作臺——防靜電場所的工作臺，必須使用檢驗合格的防靜電工作臺。工作臺本身必須是放靜電材質(zhì)組成，特別是工作臺的臺面，因為經(jīng)常與電子器件接觸，所以必須采用高密度防靜電材料制造，臺腳四周也需要可靠接地，做到整個工作臺盡量不受靜電干擾。

防靜電地面——放靜電地面使用的場所一般分為等級高和等級不高兩大類，在等級較高的場所，鋪設(shè)防靜電地板是有效防靜電方法；在等級不高的場所，普通水泥地、水磨石地均可作為防靜電地面使用。普通膠板、塑料板、地板革等絕緣性、防滑性差，而且容易破損的材質(zhì)嚴(yán)禁鋪蓋地面。在地面上刷絕緣漆之類的方法也是被禁止的。endprint

2.4 屏蔽

屏蔽，顧名思義就是把一個東西包裹著另一個東西，從而免受外界干擾。在靜電防護(hù)中使用屏蔽手段，目的也是如此。采用屏蔽罩的方式來保護(hù)靜電敏感的器件產(chǎn)品免受放電影響，以達(dá)到隔絕靜電的效果。由于金屬是等位體，被包圍的空間沒有靜電場的存在，屏蔽的效果并不是最好的，只是利用屏蔽設(shè)置與帶電物體進(jìn)行隔離，達(dá)到防靜電的目的，

如圖2所示。但是不能盲目使用屏蔽措施，要視設(shè)備的使用情況而定，如操作頻繁，屏蔽對其是發(fā)揮不到作用的，同時接地的好壞也直接影響到屏蔽的效果。

2.5 增濕

相應(yīng)地增加工作環(huán)境的濕度也是抑制靜電的有效方法之一。眾所周知，濕度越高，電導(dǎo)率越高，電荷泄露就越快，靜電對產(chǎn)品的影響就會越小，特別在環(huán)境濕度達(dá)到70%以后，水分子容易被吸附在物體表面形成一層很薄的水膜，形成一個保護(hù)層，所以物體所帶的靜電電量就變得很小很小；特別在溫度較低并且空氣中相對濕度低于30%時，物體的表面電阻率大大減低的情況下，水分子在物體表面附著就能顯著改善其表面導(dǎo)電性能；這樣就可以有效將靜電轉(zhuǎn)移，物體的靜電起電的電量也會因為靜電荷的轉(zhuǎn)移而大大增大，進(jìn)而達(dá)到消除靜電危害的目的。因此相應(yīng)地增加工作環(huán)境的濕度的確在一定程度上防止了靜電的產(chǎn)生。但不是所有環(huán)境都適合增加環(huán)境濕度，所以應(yīng)當(dāng)因地制宜，兼顧經(jīng)濟(jì)性和實用性，適當(dāng)選用合適加濕設(shè)備產(chǎn)品。

2.6 電路設(shè)計

無論上述提到的靜電接地、配備防靜電工作臺、屏蔽以及增濕等方法，都不能一勞永逸。靜電的防護(hù)還必須從根本入手，即電路板設(shè)計。一個靜電防護(hù)性好的電路設(shè)計，應(yīng)該做到增加引線長度，加大線寬，減少被保護(hù)信號線及回路上的寄生電感，縮小電路板的回路面積，進(jìn)而有效減低靜電放電時電流所產(chǎn)生的電磁場，還有通過不斷地實驗，改進(jìn)其防護(hù)靜電功能，利用防護(hù)手段去控制靜電。

3 結(jié)語

隨科技技術(shù)的高速進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對電子設(shè)備靜電放電危害的防護(hù)不容忽視，人們對靜電放電防護(hù)技術(shù)提出了更高的要求。正確運(yùn)用靜電防護(hù)技術(shù)是保證電子設(shè)備不受靜電放電危害的重要手段，能保證社會的生產(chǎn)生活得以順利進(jìn)行，這也是今后電子設(shè)備靜電放電防護(hù)技術(shù)的新課題。

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