电子设备静电放电危害及防护技术研究

    张国茂

    

    

    摘要：随着科学技术的进步，电器和电子设备广泛运用到人们的日常生产和生活中，静电造成的危害已受到世界各国的高度重视。文章对电子设备静电放电危害及防护技术进行了研究，希望能对人们日常用电防护提供部分对策。

    关键词：电子设备；静电放电；危害；防护

    如何安全、可靠、经济地使用各类电子设备，避免电子设备使用过程中受到静电放电的危害，进而确保生产生活的顺利进行是每个电子设备使用者必须要注意的问题。因此，在电子生产中要采取科学合理的防护措施降低静电带来的风险。

    1 静电放电的形成和对电子设备的危害

    1.1 静电放电的定义

    静电的产生是由于材料表面电荷（或离子）的不平衡引起的，而这种不平衡产生的电荷是可以检测到的。处于这种状态的物体成为带电体，带电体的周围存在静电场。物体所带的电荷有两种：正电荷和负电荷。在不同电位的两个物体之间静电荷的转移就是静电放电。

    1.2 电放电类型

    静电放电类型一般分为如下两种：（1）尖端放电是空气被局部电离的一种放电方式，常发生在极度不均匀的电场中，在放电过程中，产生微量的电流；（2）火花放电是一个瞬变的过程，当静电导体靠近接地导体便会诱发静电火花放电，但必须满足静电电位比较高这个条件。放电时，由于放电体之间的空气会被击穿，形成高速的火花通道，并还伴有爆裂声，而气压冲击波则由火花通道内空气温度的急剧上升而造成的，爆裂声也从中得来。

    1.3 静电放电对电子设备的危害

    高电位、强电场、瞬时电流大是静电放电的3大特点，静电的放电过程中电流脉冲上升速度极快，并释放出强烈的电磁辐射，静电放电电磁脉冲就这样形成，所幸持续的时间极短，但强大的电磁能量往往足够对电子系统中敏感器件的造成破坏。

    電子设备中采用大规模集成电路甚至超强规模的集成电路，己经是时下电子信息技术发展的趋势。敏感器件的使用，导致对静电放电的敏感性有所增加。由静电放电引起的元器件的击穿是电子工业最普遍、最严重的静电危害。在静电放电时可产生几百赫兹到几十兆赫兹的频带、电平达几十毫伏的电磁脉冲干扰。

    （1）首先，在产品加工制造到使用维护的任一环节，任一步骤中电子元器件的静电放电损伤均有可能发生，具有很大的普遍性和随机性。在一般情况下，人体操作过程中带的静电为1?2kV，静电放电发生时，人体感觉一般不明显，但出于静电放电具有很强的隐蔽性的特点，某些电子元器件却在人们不知不觉中受到损伤而失效。

    （2）其次，高幅值、高频谱的电磁辐射往往伴随静电放

    电过程产生但又无法消除，此种电磁脉冲的产生对多种电子设备的干扰都是致命的。电脉冲干扰时往往表现为一部分电子设备轻则产生误动、干扰、失效、信息的丢失等故障，重则还会导致系统混乱，让电子设备无法运作，破坏力不容小视。

    （3）最后，静电放电会导致电子器件突发性失效和潜在性失效两种。突发性失效是指静电损伤使电子器件的电路参数发生变化，使之功能丧失。这种失效约占失效总数的10%；潜在性失效是指静电损伤引起器件性能的部分退化，但影响并不严重，不妨碍正常使用，然而电子器件的使用周期就会大不如前。这种失效约占失效总数的90%，所以危害性更大，应该给予足够的重视。

    1.4 电子设备静电放电失效机理

    电子设备静电放电失效机理一般分为热二次击穿、金属化熔融、介质击穿、气弧放电、表面击穿、体击穿6种。

    静电放电引起的射频干扰会使电子设备造成电噪声、电磁干扰，进而使其产生误动作或功能失效。强电磁脉冲及其浪涌效应对电子设备可以造成不同程度的损害，一方面可以造成器件或电路的性能参数劣化或完全失效，另一方面可以形成累积效应，埋下潜在的危害，使电路或设备的可靠性降低。射源所产生的离子电流量虽然很低，不易因放电引燃易燃物，但静电中和效果低，且使用时须注意辐射物对电子设备人员使用者的安全。

    2 电子设备生产的静电防护措施

    静电防护的原则一般基于以下几点。

    2.1 控制静电起电率防止危险静电源的形成

    主要通过办法有：减少物体间的摩擦，控制物体接触分离速度和次数，使物体表面保持清洁光滑的状态等。

    2.2 增大电荷消散速率防止电荷积聚

    主要办法有：为工作环境增湿，使用静电导体或静电消散材料，并做好电子设备接地搭接工作，在必须使用绝缘材料的场所使用离子风机（见图1）等静电消除器。

    2.3 可以通过静电接地来实现静电泄露

    静电接地是各种防静电规范中的基础防护措施。通过导电体或者防静电材料与大地进行可靠连接，将多余静电导走，进而达到消除静电的目的。

    静电接地的基本设施一般有：接地装置、防静电工作台、防静电地面。

    接地体，接地干线和接地与线组成一个完整的静电接地装置。静电接地体，一般采用金属导体，长度在2米内为最佳，水平埋入土壤中，大约半米深即可。接地体的选材和最小尺寸为：扁钢、角钢，一般控制在25?40mm、壁厚3.5mm。接地干线可采用镀锌的扁钢或圆钢为宜。接地支线可用多股电线，也可用多股不锈钢编辑带。再用焊接连接或螺栓连接将接地体、接地干线之间的链接起来，构成一个完整的静电接地装置。

    防静电工作台——防静电场所的工作台，必须使用检验合格的防静电工作台。工作台本身必须是放静电材质组成，特别是工作台的台面，因为经常与电子器件接触，所以必须采用高密度防静电材料制造，台脚四周也需要可靠接地，做到整个工作台尽量不受静电干扰。

    防静电地面——放静电地面使用的场所一般分为等级高和等级不高两大类，在等级较高的场所，铺设防静电地板是有效防静电方法；在等级不高的场所，普通水泥地、水磨石地均可作为防静电地面使用。普通胶板、塑料板、地板革等绝缘性、防滑性差，而且容易破损的材质严禁铺盖地面。在地面上刷绝缘漆之类的方法也是被禁止的。

    2.4 屏蔽

    屏蔽，顾名思义就是把一个东西包裹着另一个东西，从而免受外界干扰。在静电防护中使用屏蔽手段，目的也是如此。采用屏蔽罩的方式来保护静电敏感的器件产品免受放电影响，以达到隔绝静电的效果。由于金属是等位体，被包围的空间没有静电场的存在，屏蔽的效果并不是最好的，只是利用屏蔽设置与带电物体进行隔离，达到防静电的目的，

    如图2所示。但是不能盲目使用屏蔽措施，要视设备的使用情况而定，如操作频繁，屏蔽对其是发挥不到作用的，同时接地的好坏也直接影响到屏蔽的效果。

    2.5 增湿

    相应地增加工作环境的湿度也是抑制静电的有效方法之一。众所周知，湿度越高，电导率越高，电荷泄露就越快，静电对产品的影响就会越小，特别在环境湿度达到70%以后，水分子容易被吸附在物体表面形成一层很薄的水膜，形成一个保护层，所以物体所带的静电电量就变得很小很小；特别在温度较低并且空气中相对湿度低于30%时，物体的表面电阻率大大减低的情况下，水分子在物体表面附着就能显著改善其表面导电性能；这样就可以有效将静电转移，物体的静电起电的电量也会因为静电荷的转移而大大增大，进而达到消除静电危害的目的。因此相应地增加工作环境的湿度的确在一定程度上防止了静电的产生。但不是所有环境都适合增加环境湿度，所以应当因地制宜，兼顾经济性和实用性，适当选用合适加湿设备产品。

    2.6 电路设计

    无论上述提到的静电接地、配备防静电工作台、屏蔽以及增湿等方法，都不能一劳永逸。静电的防护还必须从根本入手，即电路板设计。一个静电防护性好的电路设计，应该做到增加引线长度，加大线宽，减少被保护信号线及回路上的寄生电感，缩小电路板的回路面积，进而有效减低静电放电时电流所产生的电磁场，还有通过不断地实验，改进其防护静电功能，利用防护手段去控制静电。

    3 结语

    随科技技术的高速进步和社会经济的发展，对电子设备静电放电危害的防护不容忽视，人们对静电放电防护技术提出了更高的要求。正确运用静电防护技术是保证电子设备不受静电放电危害的重要手段，能保证社会的生产生活得以顺利进行，这也是今后电子设备静电放电防护技术的新课题。

    [参考文献]

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    [2]国防科学技术委员会电子产品静电放电控制大纲（GJB1649—93）[S].中华人民共和国军用标准，1993：1-6.

    [3]周鎰，屈鹏飞，张博，等.电子产品的防静电性能改进方法概述[J].现代电信科技，2008（11）：65-66.