靜電防護(hù)在航空制造業(yè)的應(yīng)用

喻甲其，韓 娟，蔣德成

（成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川成都 610091）

1 靜電的基本要素

靜電是一種電磁能。它是一種相對(duì)靜止的電荷，停留在物體表面。也可以將其定義為物體表面的容量過大和固定電荷不足。靜電是某些類別的正負(fù)電荷不平衡的結(jié)果，并且是由電子設(shè)備和正離子的遷移產(chǎn)生的。根據(jù)物體的存在和轉(zhuǎn)化，可以將其分為動(dòng)態(tài)電荷和靜電狀態(tài)。靜電狀態(tài)是所需電荷對(duì)于物體是固定的或相對(duì)穩(wěn)定的情況。當(dāng)兩個(gè)具有不同靜電勢(shì)差的物體接近或直接接觸時(shí)，它們之間的整個(gè)靜電荷轉(zhuǎn)移過程就是靜電放電（ESD）。通常靜電放電有兩種方法：接觸放電和靜電場(chǎng)穿透放電。ESD 是一種非常普遍的狀況，在每個(gè)人的日常生活中也很普遍。例如，當(dāng)天氣干燥時(shí)，車門經(jīng)常被電擊，并且在冬天移開毛衣時(shí)聽到“開裂”的聲音。這個(gè)過程就是釋放靜電。火花放電是由帶電體與門把手表面之間的氣體以零電位差水解引起的。盡管這是一個(gè)非常普遍的條件，但靜電的危害不容忽視。

半導(dǎo)體行業(yè)受到靜電放電（ESD）的影響更為嚴(yán)重。這是由于加工工藝圖案邊界的連續(xù)減小，并且柵極氧化物的厚度變得越來越薄。如果增加的工作電壓超過邊界值，它將穿透并造成破壞。ESD 電流的特性是產(chǎn)生時(shí)間短，放電電流大。如果未適當(dāng)考慮此問題，則這種情況將在柵極氧化物連接點(diǎn)處引起高壓，這將損壞電纜護(hù)套甚至所有組件。工人將靜電放電（ESD）對(duì)半導(dǎo)體材料造成損害的方式分為3 個(gè)關(guān)鍵類別：人體模型（HBM），機(jī)器模型（MM）和電池充電組件實(shí)體模型（Charged Device Model，CDM），這3 個(gè)物理模型可以各自使用電容器，電感器和電阻器以及其他組件和設(shè)備的等效電路。人體模型的關(guān)鍵在于，當(dāng)人體在體角上觸摸集成的IC 針時(shí)，人體中所有累積的工作壓力和電荷將通過針的角度進(jìn)入集成的IC，然后從中泄漏或放電。該集成IC 和另一個(gè)接地設(shè)備與其他道路的針角；器件物理模型的關(guān)鍵在于參考當(dāng)將器件連接至集成IC 引腳角度時(shí)，器件上所有累積的負(fù)載和電荷將通過點(diǎn)接觸進(jìn)入集成IC，然后從引腳泄漏出去此集成IC 的另一個(gè)接地設(shè)備的角度。電池充電設(shè)備的物理模型是指組件本身通過接地設(shè)備的拐角處累積的電荷，并且其中的電流會(huì)放電或放電到道路上。

2 飛機(jī)靜電的起源

靜電的基本原理取決于化學(xué)物質(zhì)由于外力，分子或分子式而變化，原料中的中性平衡被消除，電子設(shè)備的丟失或獲得以及化學(xué)物質(zhì)的整個(gè)過程從中和到帶電的實(shí)質(zhì)是相同的。靜電取決于物體（氣體、液體、固體）的存在，當(dāng)物體通電過多時(shí)，物體就會(huì)帶電，物體之間電荷轉(zhuǎn)移的整個(gè)過程就是電氣化的整個(gè)過程。產(chǎn)生靜電的方法有很多。觸摸、撞擊、冷藏、電解、壓電、溫差等都會(huì)引起靜電。靜電的整個(gè)過程可以概括為摩擦，接觸和分離以及靜電磁場(chǎng)感應(yīng)、材料極化等。

2.1 接觸帶電

當(dāng)觸摸兩個(gè)不同的對(duì)象時(shí)，一個(gè)對(duì)象可能會(huì)丟失部分正電荷，另一個(gè)對(duì)象將丟失負(fù)電荷，而其余電子設(shè)備的一部分將變?yōu)樨?fù)電荷。如果在整個(gè)分離過程中難以中和電荷，則電荷會(huì)迅速積聚，從而使物體帶靜電。例如，如果剝離塑料薄膜，則是“接觸分離”型帶電的典型類型，剝離后產(chǎn)生的靜電也屬于這種“接觸分離”型帶電的類型。由滑動(dòng)摩擦引起的電動(dòng)機(jī)是由于接觸和分離引起的正負(fù)電極的分離而引起的正負(fù)電極之間的不平衡電荷的整個(gè)過程。靜電荷可以根據(jù)通電導(dǎo)體的表面自由流動(dòng)。當(dāng)它與另一個(gè)中和的電導(dǎo)體接觸時(shí)，通電導(dǎo)體上的靜電負(fù)載將激增為中和的電導(dǎo)體，使其達(dá)到最大的相電荷平衡，然后將中和的電導(dǎo)體從帶電體中趕出，即接觸通電狀態(tài)。飛機(jī)接觸帶電：電荷存儲(chǔ)在每個(gè)物體中。在正常情況下，每個(gè)對(duì)象的正電荷和負(fù)電荷處于平衡狀態(tài)，并且對(duì)象不通電。使用電子產(chǎn)品時(shí)，很難避免摩擦、觸碰等，例如，電子產(chǎn)品與產(chǎn)品工件之間的摩擦，電子產(chǎn)品與產(chǎn)品工件之間的接觸等會(huì)導(dǎo)致電荷不平衡，從而導(dǎo)致靜電。在工作期間，除了會(huì)引起立即的靜摩擦外，在擦洗、噴涂和上油的整個(gè)過程中還會(huì)產(chǎn)生靜電。

2.2 感應(yīng)電氣化

當(dāng)接近化學(xué)體時(shí)，化學(xué)體的兩側(cè)將磁感應(yīng)負(fù)電荷和正電荷。因?yàn)橥獠快o電場(chǎng)很強(qiáng)，所以當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入積雨云時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)電荷，這些電荷會(huì)對(duì)周圍空氣中的靜電場(chǎng)造成極大影響并引起放電。飛機(jī)在暴風(fēng)雨地區(qū)航行的速度越快，其負(fù)載就越大。

3 靜電對(duì)飛機(jī)的損害

3.1 靜電積聚

飛機(jī)與氣體之間的摩擦?xí)诤叫羞^程中產(chǎn)生靜電，而飛機(jī)與道路之間的接觸也會(huì)產(chǎn)生靜電。由于無法立即釋放，因此這種靜電會(huì)在飛機(jī)上積聚成很小的固態(tài)，這會(huì)損害半導(dǎo)體材料的電子系統(tǒng)。靜電會(huì)對(duì)電子系統(tǒng)造成一定的干擾信號(hào)。

3.2 摩擦電池充電

當(dāng)飛機(jī)接近云層或進(jìn)入云層時(shí)，無線通信羅盤的偏轉(zhuǎn)距離大大縮短，并且指示儀器的手會(huì)大大擺動(dòng)或搖動(dòng)。對(duì)于相同型號(hào)和規(guī)格的無線通信羅盤，計(jì)算機(jī)的安裝方式不同，所反映的偏離危險(xiǎn)也不同。因?yàn)樵陲w機(jī)表面的高阻界面上，通常會(huì)在材料表面上產(chǎn)生火花放電，并且材料表面會(huì)受到滑動(dòng)摩擦和外力的影響，這會(huì)產(chǎn)生大量靜電。當(dāng)材料的工作壓力達(dá)到一定的長(zhǎng)寬比時(shí)，極有可能引起溢料放電。在霧氣、霜凍等的影響下，基座蓋板有機(jī)玻璃板會(huì)帶正電，而鋁原料帶負(fù)電。當(dāng)兩者之間的電位差超過一定水平時(shí)，它將立即破壞材料外殼表面上的氣體，從而產(chǎn)生閃亮的放電。隨著靜電放電部分的上升，在蓋的中間出現(xiàn)淡藍(lán)色的光，并且這種光放電條件在蓋的邊緣緩慢地發(fā)生。晚上進(jìn)入云層后，座機(jī)蓋周圍突然出現(xiàn)的深藍(lán)色火焰特別明顯。

3.3 正交和場(chǎng)梯度方向

在靜電充放電的整個(gè)過程中，飛機(jī)上的無線通信設(shè)備遭受了嚴(yán)重的頻率輻射效應(yīng)，特別是中長(zhǎng)波和長(zhǎng)波網(wǎng)站導(dǎo)航。四軸飛行器在整個(gè)航行過程中會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生靜電，從而促使四軸飛行器的工作電壓不斷增加。當(dāng)工作電壓已經(jīng)達(dá)到一定的縱橫比時(shí)，由人體周圍的室內(nèi)空間的一部分引起的場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氣體擊穿場(chǎng)強(qiáng)，并且可能引起電暈放電或放電。這種類型的電暈放電，尤其是在無線通信傳輸系統(tǒng)中，將繼續(xù)向空間發(fā)射高達(dá)10～20 MHz 的電磁波。對(duì)飛機(jī)上各種無線通信和通信網(wǎng)絡(luò)的工作的影響不僅包括噪聲，還包括對(duì)網(wǎng)站導(dǎo)航的影響。

3.4 電暈放電

電暈放電是指在沒有對(duì)稱靜電場(chǎng)的情況下蒸氣材料的部分放電。這是最常見的蒸氣排放方法。在具有小角度的最高電水平附近，由于部分場(chǎng)強(qiáng)超過蒸汽的水解磁場(chǎng)的強(qiáng)度，因此蒸汽被水解并被促進(jìn)，因此發(fā)生電暈放電。

3.5 電子流與電隔離

電絕緣是一種蒸氣放電狀態(tài)。根據(jù)某些絕緣材料（例如氣體）的存在，電流可能會(huì)瞬間導(dǎo)致可燃火焰。電子設(shè)備或低溫等離子體會(huì)向表面發(fā)送負(fù)電子，很可能導(dǎo)致輔助電子設(shè)備發(fā)送。當(dāng)孔中的正離子濃度較高時(shí)，該孔會(huì)被穿透，從而導(dǎo)致電隔離。這種電擊不僅可能破壞航空航天工業(yè)的電子系統(tǒng)，而且還可能嚴(yán)重傷害航空公司員工。

4 靜電安全防護(hù)的基本原理和原材料的應(yīng)用

在制造電子設(shè)備時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電。造成靜電不是一種危害，它的危害取決于靜電的積累和產(chǎn)生的靜電放電。靜電維護(hù)的關(guān)鍵是消除靜電。防靜電基本原理：

（1）避免在可能引起靜電的區(qū)域積聚靜電。采取某些有效措施在安全范圍內(nèi)。

（2）快速清除積聚的靜電并及時(shí)釋放。

抗靜電原料也稱為ESD 安全防護(hù)原料。根據(jù)抗靜電的基本原理，可將其分為3 種類型：靜電導(dǎo)電型、靜電損耗型和靜電屏蔽復(fù)合型。從電導(dǎo)率的角度來看，這3 種原料并不相同。消除靜電的最有效方法是立即將設(shè)備接地以立即釋放靜電。使用抗靜電原材料：金屬材料是電導(dǎo)體，由于大的泄漏電流會(huì)損壞組件。另外，由于絕緣層材料非常容易由于滑動(dòng)摩擦而引起帶電，因此抗靜電原料不適合用于金屬材料或絕緣層材料的選擇。

5 防靜電工作區(qū)的組成和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

靜電放電保護(hù)區(qū)（Electrostatic Discharge Protection Area）是指一種特殊的辦公環(huán)境，自然環(huán)境中配備有防靜電原材料，設(shè)備和機(jī)械設(shè)備以限制該區(qū)域的靜電勢(shì)。生態(tài)環(huán)境保護(hù)聯(lián)合會(huì)應(yīng)包括：邊界、標(biāo)志、防靜電設(shè)備、靜電檢測(cè)設(shè)備、接地保護(hù)、自然環(huán)境（溫度和濕度操縱）以及接受過防靜電培訓(xùn)的技術(shù)專業(yè)人員。

靜電泄漏和損失、靜電中和、靜電屏蔽和接地設(shè)備、加濕等是常見的靜電防護(hù)措施。在電子設(shè)備的日常生產(chǎn)過程中，應(yīng)每天檢查防靜電區(qū)域的溫度和環(huán)境濕度，以確保環(huán)境濕度符合加工工藝要求；在防靜電區(qū)進(jìn)行的所有實(shí)際操作都必須佩戴防靜電智能手鏈；在開始實(shí)際操作之前，先讓身體在桌墊旁邊的靜態(tài)座椅處放電（以釋放身體在地面上的累積電荷）1～2 min。PCB 雙板維護(hù)，售后維護(hù)服務(wù)以及資本周轉(zhuǎn)和組件傳輸應(yīng)在防靜電區(qū)域進(jìn)行，PCB 板應(yīng)裝在防靜電袋中運(yùn)輸。傳動(dòng)部件應(yīng)使用防靜電箱，管道和其他防火措施。防靜電支撐框架應(yīng)用于大規(guī)模PCB組裝和制造。分配和檢查電子元件，必須在防靜電區(qū)域內(nèi)進(jìn)行程序流程的裝載、組裝和焊接，并將具有書面程序流程的集成電路芯片組件（或檢查后的集成電路芯片組件）插入導(dǎo)電海綿中，然后將其放入防靜電周轉(zhuǎn)箱中，等待安裝和焊接。防靜電溫度控制電烙鐵應(yīng)用于更敏感的電子設(shè)備的組裝和維護(hù)。烙鐵最好在380±10 ℃的溫度下焊接，時(shí)間應(yīng)控制在3 s 之內(nèi)。在訂購(gòu)和購(gòu)買軍用電子設(shè)備時(shí)，合同書應(yīng)注明較敏感的電子設(shè)備的包裝規(guī)定（防靜電包裝）。PCB 外包加工的自然環(huán)境必須符合防靜電法規(guī)；完善防靜電技術(shù)文件，并定期進(jìn)行維護(hù)防靜電工作，例如接地線、防靜電接地線、臺(tái)式機(jī)、地毯、傳輸專用工具、包裝盒、電子管、智能手環(huán)等的能力。禁止在防靜電工作區(qū)穿塑料拖鞋，并限制人員活動(dòng)，以便降低靜電產(chǎn)生的可能性。防靜電工作區(qū)所使用的交流電動(dòng)工具應(yīng)采取接地措施，接地電阻應(yīng)小于20 Ω。防靜電工作區(qū)不使用的交流電工具，應(yīng)通過ESD 工作臺(tái)或使用導(dǎo)電工具的人員實(shí)現(xiàn)接地。固定在工作臺(tái)上的工具的操作面對(duì)接地點(diǎn)的電阻應(yīng)小于1.0×109Ω。

6 靜電感應(yīng)安全防護(hù)在航運(yùn)業(yè)中的應(yīng)用

6.1 電氣設(shè)備的鋼筋搭接點(diǎn)

根據(jù)機(jī)械設(shè)備或有機(jī)化學(xué)，兩個(gè)金屬材料對(duì)象之間的結(jié)構(gòu)相互連接，從而產(chǎn)生了穩(wěn)定的、低特性阻抗的電氣安全通道，這是鋼筋的連接。這種類型的組合物廣泛用于飛機(jī)。由于四軸飛行器的電力工程和數(shù)據(jù)信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)，無論是零件還是整體設(shè)備，都必須與金屬材料本體連接。其主要目標(biāo)之一是在兩種金屬材料之間構(gòu)建一個(gè)小的、低特性阻抗電流安全通道，這樣，當(dāng)兩種金屬材料相互連接時(shí)，不容易引起一定的電位差。使用該堆疊方法可以減小由外殼的頻率輻射傳感器和系統(tǒng)軟件機(jī)箱引起的電位差，避免了靜電的積累，并抑制了頻率輻射的作用和目的。確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定特性和合理的操作雷電對(duì)充電和放電的損害，確保了機(jī)器、設(shè)備和人員的安全。

6.2 汽柴油系統(tǒng)軟件安全防護(hù)

柴油油箱靜電感應(yīng)安全保護(hù)設(shè)計(jì)方案的理論基礎(chǔ)是防止靜電轉(zhuǎn)化，破壞靜電積聚，避免靜電感應(yīng)充放電。防止靜電轉(zhuǎn)化的具體對(duì)策包括限制燃油供應(yīng)管道中汽油和柴油的流動(dòng)率，以及改善燃油供應(yīng)方法。破壞靜電積聚的具體對(duì)策包括：①在柴油燃料箱的外表面增加靜電感應(yīng)；②在汽車油箱的內(nèi)腔上涂防靜電涂層。防靜電涂層應(yīng)使用密封膠。與汽油和柴油具有穩(wěn)定的相容性；③在汽油和柴油中添加抗靜電添加劑，以提高汽油和柴油的電導(dǎo)率；④盡量不要在柴油燃料箱中使用不接地的導(dǎo)體；⑤在道路上為機(jī)場(chǎng)加油時(shí)，在加油車與道路之間，機(jī)場(chǎng)與道路之間以及加油車的加油槍與飛機(jī)加油鎖蓋之間，均應(yīng)保持穩(wěn)定的電動(dòng)鋼圈，以防止靜電感應(yīng)充放電而導(dǎo)致起火或爆炸的危險(xiǎn)。避免靜電感應(yīng)充電和放電的具體對(duì)策是：①在聚合物材料和其他原材料（包括標(biāo)準(zhǔn)零件）的焊接表面之間鋪玻璃纖維；②使用圓頂密封或在汽車油箱內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)零件上添加密封瓶蓋；③控制零件之間的間距；④防止整體設(shè)計(jì)中的尖銳突起；⑤對(duì)金屬材料部件進(jìn)行密封，以防止金屬材料的尖角暴露在外面；⑥在柴油油箱中加上惰化系統(tǒng)軟件。

6.3 家用電器的應(yīng)用

將充放電刷安裝在機(jī)翼頂部，并利用充放電機(jī)翼頂部的基本原理釋放積聚的靜電感應(yīng)刷。根據(jù)其材料分為：棉繩、碳尼龍、鈮鉻絲、碳生成頭（用于高速航行）。損壞軟刷的關(guān)鍵如下：

（1）外部損壞。在通道檢查過程中，充放電刷的表面變形和損壞，充放電刷和基座之間的螺釘松動(dòng)、基座腐蝕和松弛，可以立即觀察到。

（2）內(nèi)部損壞。內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞將導(dǎo)致電阻器的變形，必須使用微歐表準(zhǔn)確測(cè)量該電阻，以準(zhǔn)確測(cè)量通斷電阻，而用兆歐表準(zhǔn)確測(cè)量接地電阻。

6.4 4 個(gè)天線的絕緣層

四軸飛行器無線天線系統(tǒng)軟件中的氣體和電磁天線的關(guān)鍵是它們屬于導(dǎo)電和永久磁性材料，安裝在某些航空四軸飛行器的表面上，并且容易遭受雷擊。在整個(gè)導(dǎo)航過程中，當(dāng)機(jī)場(chǎng)被雷擊時(shí)，機(jī)場(chǎng)無線天線上的無線電波將以一定的工作壓力傳輸，并且將根據(jù)機(jī)場(chǎng)無線的數(shù)據(jù)信號(hào)收集并傳輸功率天線系統(tǒng)軟件。電路立即從上方進(jìn)入飛機(jī)，造成意外和安全風(fēng)險(xiǎn)。由于現(xiàn)階段航空電子無線天線系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵工作中的數(shù)據(jù)信號(hào)頻率維度分別是高頻，超低噪聲和VHF，因此傳統(tǒng)的電源避雷器在特定應(yīng)用中不夠用，這導(dǎo)致了高頻率。數(shù)據(jù)信號(hào)的衰減系數(shù)和損壞嚴(yán)重危害了我國(guó)航空電子無線天線系統(tǒng)軟件的正常運(yùn)行和工作特性。

6.5 機(jī)場(chǎng)接地裝置

四軸飛行器上的電子部件接地裝置可以釋放靜電感應(yīng)，并具有良好的靜電感應(yīng)安全防護(hù)實(shí)用效果。根據(jù)傳輸線，靜電感應(yīng)從人體和機(jī)械設(shè)備中釋放出來，可以從源頭上減輕靜電感應(yīng)對(duì)電子產(chǎn)品的危害。接地線是指機(jī)場(chǎng)配件與其他配件之間以及其他配件與人體整體之間的金屬材料。它用于合理避免飛機(jī)上積聚正電荷，并將其他輻射傳遞給人體。釋放充放電包裝打印。在安裝主結(jié)構(gòu)和輔助結(jié)構(gòu)接地線之前，必須使用刮刀和有機(jī)溶劑（例如PD680）清理主結(jié)構(gòu)和輔助結(jié)構(gòu)。對(duì)于鋁合金型材的表面層，通常需要在固定之前使用阿洛丁作為添加劑來保持有機(jī)化學(xué)性質(zhì)。

6.6 EDSD 組件維護(hù)

大多數(shù)航空公司的機(jī)械設(shè)備屬于EDSD 組件。盡管無法看到或感覺不到EDSD 組件，但靜電感應(yīng)是對(duì)靜電感應(yīng)光敏電阻的威脅。對(duì)于EDSD 組件，在維護(hù)過程中應(yīng)戴上防靜電保護(hù)罩，以達(dá)到平衡機(jī)體與機(jī)器之間的電位差并防止靜電感應(yīng)損壞的作用。靜電防護(hù)對(duì)策應(yīng)圍繞航空電子設(shè)備維護(hù)的全過程進(jìn)行。在包裝設(shè)計(jì)以及維護(hù)后的整個(gè)儲(chǔ)運(yùn)過程中，也應(yīng)采取有效的保障措施，否則會(huì)造成很大的損失。ESDS 產(chǎn)品在包裝、儲(chǔ)運(yùn)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）僅在使用時(shí)才允許拆卸ESDS 產(chǎn)品。

（2）禁止觸摸對(duì)ESDS 敏感的組件的引腳，僅允許將電子組件固定在非布線區(qū)域。

（3）ESDS 敏感組件必須與靜電屏蔽和抗靜電設(shè)備一起裝運(yùn)。

6.7 機(jī)載設(shè)備的維護(hù)

除了基本的接地裝置方法、隔離方法、中和方法和其他防靜電對(duì)策外，它還可以配備更好的日常機(jī)載設(shè)備維護(hù)技術(shù)和機(jī)械設(shè)備。例如，裝配車間使用溫度和濕度控制系統(tǒng)將溫度和濕度保持在目標(biāo)范圍內(nèi)，并減少空氣中的靜電感應(yīng)。

6.8 檢測(cè)靜電感應(yīng)防御系統(tǒng)

防靜電工作區(qū)中配備的所有靜電感應(yīng)防護(hù)設(shè)備，必須符合標(biāo)準(zhǔn)并按照指定的周期進(jìn)行檢查，并符合要求。基于估算和簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的測(cè)量而執(zhí)行的關(guān)鍵新項(xiàng)目需要每天檢查：①每個(gè)部門的EPA 管理人員均應(yīng)根據(jù)該地區(qū)的具體情況，對(duì)項(xiàng)目表進(jìn)行每日（班次）監(jiān)控和準(zhǔn)確測(cè)量。每個(gè)單位須有專職人員進(jìn)行檢查；②綜合保證部門的靜電感應(yīng)安全保護(hù)人員應(yīng)按照“EPA 績(jī)效檢查表”的要求進(jìn)行季度和年度檢查；③各個(gè)部門的防靜電負(fù)責(zé)人可以根據(jù)具體實(shí)施情況改變記錄和報(bào)告的方法，但新的檢查項(xiàng)目和檢查周期應(yīng)符合規(guī)定；④所有監(jiān)視，精確測(cè)量和檢查的記錄應(yīng)由監(jiān)視和管理的強(qiáng)制性部門歸檔和存儲(chǔ)。