機載設備自動測試車間靜電的產生與防護

王玉峰，邵旭東，劉錦濤

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

隨著電子技術、計算機控制技術的發展和進步，大規模集成電路在機載電子設備中得到了廣泛的應用，使機載電子設備呈現出小型化、數字化、功能化以及總線化的特點，這給機載電子設備的維護、維修帶來困難。但隨著GPIB、VXI、PXI以及LXI等各種程控總線技術的日益完善，采用計算機控制技術研制的自動測試設備（Automatic Test Equipment）可以較好地解決這一問題。因此，在自動測試設備（簡稱ATE）機載設備的維護、維修工作中得到了廣泛應用。

在機載電子設備的自動檢測車間（ATE車間）中，無論是機載設備，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、集成芯片具有點間距小、傳輸導線細、運算速度快、輸入阻抗高以及集成度高等特點，極易受到靜電影響，機載設備在檢測、維修、運輸和儲存等過程中，均可能產生靜電放電，使其損壞，造成巨大損失。

本文根據機載電子設備的自動檢測車間工作特點，本著維修人員、ATE測試設備和機載電子設備安全的目的，在分析了靜電產生原因及特點、靜電放電途徑及危害的基礎上，提出來機載電子設備ATE車間的靜電防護的有效措施。

1 靜電產生的機理及特點

靜電是一種客觀的自然現象，是由于物質的正、負電荷在局部范圍內失去平衡而引起的結果。由于物質的性質（如固態、液態和氣態）不同，靜電產生的機理差異較大，其中金屬固態起電的理論較為成熟，其靜電起電與固態金屬的功函數有關，功函數越小，固態金屬越容易起電。在固態金屬的起電方式較多，如摩擦、剝離、感應、破裂、電解、壓電、熱電等，其中摩擦、剝離和感應是主要的三種金屬固態的起電形式。

靜電產生過程，可以簡單歸納為：接觸→電荷轉移→形成偶電層→分離。設備或人體上的靜電，最高可達數萬伏以至數十萬伏,在正常條件下也常達數百至數千伏。

影響靜電產生的環境因素，主要有溫度、濕度、氣壓等。實驗表明，當空氣的相對濕度達到80%以上時，任何物體所帶靜電電量都很小，而當空氣相對濕度低于30%，并且溫度較低時，物體因靜電起電的電量就會較大。

2 靜電的危害

靜電放電（ESD）就是帶電體產生的場強大于周圍介質的絕緣擊穿場強時，介質產生電離，而使帶電體上的靜電荷部分或全部消失的現象。靜電放電具有高電位、低電量、小電流和作用時間短的特點。

ESD是一個極其復雜的過程，在這個過程中，同時會有強電磁場效應、熱效應、力學效應以及會對人體產生電擊效應等多種效應，并伴有火花的產生，因此會對工業生產和日常生活產生危害。

如在工業生產過程中，由于靜電原因會使產品的品質下降、造成火災、爆炸；在電子行業中，由于靜電放電，可以改變半導體器件的電性能，使其降級或損壞；特別是隨著電子產品體積的小型化和運算速度的高速化，電子器件對靜電的敏感度越來越高，并且ESD具有普遍性、隨機性和隱蔽性的特點，在電子元件的制造、儲存、轉移和使用過程中，常常會發生ESD現象。

雖然人們在靜電防護方面處處注意，采取各種各樣的靜電防護方法，據統計每年還會產生高達數十億美元損失。如果對周圍環境不加以控制，或控制措施不得當，危害就會更大。另外，ESD的過程還會對人體產生電擊，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個條件：

（1）產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個條件，就會發生ESD現象，從而造成危害。

3 ATE車間靜電產生分析

機載電子設備的自動檢測車間（ATE車間），主要是承擔機載電子設備的檢查和維修的重要場所。ATE車間中有大量的測試設備、維修工具，如頻譜分析儀、微波功率計、無線電綜合測試儀以及高頻開關、1553總線模擬器等VXI模塊，機載電子設備主要有雷達發射機和數字處理機、無線電通信導航設備和慣性導航設備等等。認真做好靜電防護，對于保證測試設備的準確性和機載電子設備的安全性，具有非常重要的現實意義。

在機載電子設備ATE車間中，產生靜電的過程，主要是在機載設備運輸、拆裝、儲存以及焊接、分解、測試等工藝過程；產生靜電的原因、途徑，主要是摩擦、感應和傳導等；產生靜電的主體是機載電子設備、測試儀器、維修工具和車間工作的機務維護人員。

機務維修人員在工作過程中，由于接觸－分離、摩擦、碰撞、感應等作用，會使機載的電子設備、操作人員、測試儀器、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，會有摩擦、接觸－分離的過程，會產生ESD的過程；再比如，ATE系統的散熱風扇工作時，高速流動的空氣與機柜、測試儀器之間的摩擦，同樣是一個靜電起電的過程。諸如此類的靜電起電的過程，在ATE車間大量的存在。在諸多的靜電發生源中，機務維護人員作為維修過程中的主體，活動的范圍大、活動頻率高，與機載設備、測試儀器接觸頻繁，是ATE車間的主要的ESD危害源。

4 ATE車間靜電防護的措施

從上述ATE車間的靜電產生的分析可知，機載電子設備的ATE車間主要的靜電發生源，是人體、車間地面、工作臺面、機載電子設備、ATE設備以及一些易產生靜電的工具等。為了有效實施ATE車間的靜電防護，應當從靜電防護技術和管理兩個方面入手，制定靜電方法安全操作規程，實施靜電防護的技術措施。

4.1 ATE車間的靜電安全操作規程

（1）在ATE車間應當識別靜電放電敏感器件。凡是含有靜電放電敏感器件的設備和放置這種設備的地方，都要做出黃色警告的標志，并將這些標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志的部位或設備上，需要進行各種操作時，應該按照黃色標志的提示進行。

（2）在修理含有靜電放電敏感器件的設備應做到：

所有的操作，要嚴格地限制在靜電安全工作區域內進行；

靜電安全工作區域，要有良好的接地系統，工作區域內的地板和工作臺面、工作桌椅等均使用防靜電產品，

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

4.2 靜電防護的技術措施

依據靜電放電的條件，靜電防護的技術措施主要集中在兩個方面，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。基于以上兩點，提出ATE車間的靜電防護的如下技術措施。

（1）建立ATE車間的靜電接地系統。靜電接地，就是通過金屬導體或導靜電材料，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車間進行靜電防護的關鍵的技術措施之一。原則上靜電接地要與防雷接地、電源接地分開，單獨鋪設，不與防雷接地、電源接地共用一個接地體。ATE車間的靜電接地鋪設后，車間地面、工作臺面、機載電子設備、ATE設備的殼體要與靜電接地系統可靠連接；人體的防靜電的設備，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可靠連接。

（2）配備人體靜電防護系統。人體靜電防護系統，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的效果。給ATE車間工作人員配備一定數量的人體靜電防護設備，可以有效地起到靜電防護的作用。為了防止工作人員進出時將靜電帶入到車間，可以在ATE車間的門口處設置放靜電把手，或安裝離子風的氣幕進行吹淋。

另外，靜電的產生與空氣的濕度有很大關系。濕度高時，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，產生的靜電電壓必然較低。相反，空氣約濕度較低時，同樣的活動就會產生較高的靜電電壓，易發生靜電放電，因此，在滿足ATE車間環境條件的前提下，控制ATE車間內部的濕度，也能夠防靜電的效果。

5 結束語

總之，靜電防護工作是一項長期的系統工程，任何環節的失誤或疏漏，都有可能導致靜電防護工作的失敗，甚至造成設備故障，需要ATE的操作使用人員提高認識，規范操作。本文涉及靜電防護措施應用到了ATE車間建設中。

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