機(jī)械結(jié)構(gòu)在電子產(chǎn)品中如何防止靜電

梁華成

時(shí)運(yùn)達(dá)(深圳)電子有限公司工程部，廣東 深圳 518004

機(jī)械結(jié)構(gòu)在電子產(chǎn)品中如何防止靜電

梁華成

時(shí)運(yùn)達(dá)(深圳)電子有限公司工程部，廣東 深圳 518004

本文通過了解靜電的基本概念、特性和危害，電子產(chǎn)品在防止靜電干擾設(shè)計(jì)中，闡述了在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面防止靜電有效方法，確保產(chǎn)品安全可靠，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

機(jī)械結(jié)構(gòu)；電子產(chǎn)品；靜電；安全所謂靜電是指物體表面過剩或不足的靜止的電荷；也可以說是一種處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)不產(chǎn)生流動(dòng)的電荷。

1、靜電的基本概念

1.1 靜電就是不平衡分布的電子，正負(fù)電荷有異性相吸，同性相斥的力量，即庫侖定律。

1.2 靜電場(chǎng)是電場(chǎng)的一種特殊形式，如果物體所帶電荷相對(duì)觀察者沒有宏觀的位移，則可認(rèn)為物體周圍的電場(chǎng)是靜電場(chǎng)。

1.3 靜電感應(yīng)是導(dǎo)體在靜電場(chǎng)中特有的現(xiàn)象。所謂靜電感應(yīng)，就是導(dǎo)體在靜電中，其表面不同部位感應(yīng)不同電荷或?qū)w上原有電荷重新分布的現(xiàn)象。

2、靜電的基本特性

2.1 在電子工業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)生的靜電具有高電位、小電量、對(duì)地分布電容小，泄漏與放電時(shí)間短的特點(diǎn)。

2.2 靜電受環(huán)境條件，特別是濕度的影響比較大。

2.3 靜電與大地間有電位差，電流破壞元件的絕緣或?qū)w，使元件不能工作。

3、靜電的危害

靜電的危害很多，主要來源于帶電體的互相作用，其中最嚴(yán)重的靜電放電引起可燃物體的起火和爆炸。靜電對(duì)電子產(chǎn)品的影響，由于現(xiàn)在以高技術(shù)產(chǎn)品為主，集成電路元器件的線路縮小，使得器件耐靜電沖擊能力的減弱，靜電電場(chǎng)和靜電電流（ESD）成為電子產(chǎn)品的致命殺手，特別是IC類對(duì)靜電敏感，靜電可以影響產(chǎn)品的功能和壽命，破壞元件的絕緣或?qū)w，從而使電子產(chǎn)品不能工作，有的雖然能工作，但壽命受損了。有的電子產(chǎn)品因受到靜電損傷后，性能沒有明顯的下降，但經(jīng)多次積累后，放電會(huì)給元件造成內(nèi)傷而形成隱患，從而增加了對(duì)靜電的敏感性。靜電對(duì)元器件的周圍導(dǎo)體直接接觸或非接觸式放電，常會(huì)將電路導(dǎo)體燒融，這是一個(gè)極容易被人們忽視的危險(xiǎn)因素。

4、機(jī)械結(jié)構(gòu)防止靜電的方法

靜電問題直接影響的是消費(fèi)者，但實(shí)際上也影響到制造商及供應(yīng)商，在電子產(chǎn)品上進(jìn)行防護(hù)，可免增加成本、減低質(zhì)量等，所以我們?cè)陂_發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)必須考慮靜電干擾問題。為了防止靜電干擾，無論電子工程師在PCB板（線路板）上做任何補(bǔ)救辦法，成果都是有限的，只能提高一部分的耐靜電能力，因此，一定要機(jī)械結(jié)構(gòu)的配合。筆者在從事多年電子產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)中，總結(jié)了機(jī)械結(jié)構(gòu)防止靜電的方法如下：

4.1 封

所謂封，就是用不導(dǎo)電的物料，密不透“電”地封住，不給靜電進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)部。在電子產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)上，利用塑膠底面殼的止口配合，其作用是底面殼互相固定和防止靜電，電子產(chǎn)品的止口位置盡可能做到封閉，達(dá)到有效防止靜電。很多時(shí)候在電池門與底殼之間的配合位置，靜電測(cè)試不合格，由于電池門下面有電池和五金片，而底殼與電池門間的配合是有間隙的，因此，靜電會(huì)從間隙和五金片進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)，從而影響產(chǎn)品的功能。為了在電池門位置有效地防止靜電，開發(fā)設(shè)計(jì)型號(hào)是VR5004產(chǎn)品，電池門要求是推扣式的，即是從VR5004一端推入同時(shí)扣住底殼。經(jīng)過筆者仔細(xì)研究，深入檢查，在不影響外觀和結(jié)構(gòu)的情況下，將底殼和電池門配合的外形部分，增加了止口配合，這種設(shè)計(jì)新穎，VR5004產(chǎn)品成功地通過了靜電測(cè)試。既保證底殼和電池門之間的配合穩(wěn)定，又能防止靜電干擾，一舉兩得，解決了電池門位置靜電測(cè)試不合格的難題。

在靜電測(cè)試方面，我們使用靜電放電模擬器型號(hào)是NSG435如圖1，這種靜電放電測(cè)試法具有可靠性、可重復(fù)性和操作簡(jiǎn)易性等優(yōu)點(diǎn)。其中的液晶顯示屏顯示：放電電壓、極性、空氣或接觸放電、計(jì)數(shù)器或預(yù)置計(jì)數(shù)器、開關(guān)功能和電池監(jiān)測(cè)等。常用的ESD防靜電測(cè)試設(shè)定標(biāo)準(zhǔn):與導(dǎo)電物體的接觸放電電壓≥4kV，與非導(dǎo)電物體的非接觸放電電壓≥8kV。靜電與大地間因有電位存在，如果觸及電路時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電流即為放電電流。由于靜電感應(yīng)，不帶電的導(dǎo)體可以變成帶電的導(dǎo)體，即不帶電的導(dǎo)體可以感應(yīng)起電。靜電放電是指當(dāng)帶電體周圍的場(chǎng)強(qiáng)超過周圍介質(zhì)的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，因介質(zhì)電離而使帶電體上的電荷部分或全部消失的現(xiàn)象。

圖1 靜電放電模擬器

在有LCD（液晶顯示器）產(chǎn)品中，由于普通LCD都是平面的，但也有少數(shù)是弧形的，因弧形LCD價(jià)格太貴和較難生產(chǎn)等方面原因，所以我們的產(chǎn)品都用平面的LCD，面殼裝LCD窗口的位置要為平面，使LCD要貼緊面殼，一方面可以防塵，另一方面可以防止靜電。

在塑膠按鈕方面設(shè)計(jì)，通常在一端有封閉的圍邊，圍邊有防止按鈕往外面甩出、防塵，更重要的是防靜電。由于按鈕與殼的配合是有間隙的，按鈕有了圍邊會(huì)封住靜電進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)。

在橡膠按鈕方面，筆者設(shè)計(jì)型號(hào)是CL42產(chǎn)品，有23個(gè)橡膠按鈕，筆者在整塊橡膠按鈕底面的外形增加了圍骨,與面殼整體的按鈕周邊的圍骨相配合，橡膠按鈕有了圍骨，一方面保證用大力度按或者從側(cè)面按時(shí)，按鈕不會(huì)偏邊，或者不會(huì)頂住面殼孔邊及防塵；另一方面是防止靜電。由于橡膠按鈕與殼的孔位配合需要較大間隙，通常每邊要有0.25mm以上，否則，橡膠按鈕有時(shí)會(huì)頂住殼的孔邊，產(chǎn)品質(zhì)量不合格。因橡膠材料容易產(chǎn)生靜電，而CL42產(chǎn)品通過靜電測(cè)試合格，在單一橡膠按鈕難控制的情況下，筆者采用整塊增加圍骨，達(dá)到防靜電效果，是解決有多個(gè)橡膠按鈕防靜電的可行方法。

4.2 更換保護(hù)紙

在日常生活中，兩種不同材質(zhì)的物體相互接觸后再分離，就會(huì)產(chǎn)生靜電。貼在LCD窗口上的保護(hù)紙，由于它與LCD接觸摩擦產(chǎn)生靜電，可以破壞產(chǎn)品的正常功能。筆者設(shè)計(jì)型號(hào)是TM56產(chǎn)品，生產(chǎn)部在試產(chǎn)100個(gè)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)有部分的LCD沒顯示。經(jīng)過逐個(gè)檢查，最后發(fā)現(xiàn)問題在LCD窗口上的保護(hù)紙，TM56是給客人設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，客人指定在LCD窗口上增加保護(hù)紙。當(dāng)換成另一款保護(hù)紙時(shí)，LCD的顯示功能正常。因保護(hù)紙與LCD接觸產(chǎn)生的靜電，影響了電子部分的正常功能，導(dǎo)致LCD沒顯示，由于問題發(fā)現(xiàn)及時(shí)，只是更換其它材質(zhì)的保護(hù)紙，這種現(xiàn)象很少見，也是防止靜電干擾的一種辦法。

4.3 接地

所謂導(dǎo)電性物體，即物體中的電子可以自由移動(dòng)，物體中的電位會(huì)迅速恢復(fù)平衡，達(dá)到每點(diǎn)電位平等。導(dǎo)電性物體的靜電消除方法：我們可以簡(jiǎn)單地加以接地，給予這些不平衡的電子一個(gè)通路，泄放到大地。

接地是最簡(jiǎn)單又最可靠的辦法，這樣可以把電荷引入大地，避免靜電積累，是防靜電干擾的重要措施之一。靜電對(duì)電子產(chǎn)品不良影響日益顯著，為了預(yù)防靜電干擾和提高電子產(chǎn)品質(zhì)量，結(jié)合實(shí)際情況，采用接地的辦法主要用于手表設(shè)計(jì)上。筆者參加設(shè)計(jì)型號(hào)是AR05手表，底殼是金屬的，因AR05有響鬧功能，底殼上有蜂鳴片，筆者通過設(shè)計(jì)金屬片，利用金屬片一端固定接觸手表機(jī)芯的正極，另一端接觸金屬底殼。這種設(shè)計(jì)有兩方面作用：一方面是利用金屬底殼的導(dǎo)電性能，給蜂鳴片正極供電，滿足響鬧功能的需要；另一方面，當(dāng)我們帶上AR05手表時(shí)，金屬底殼和人體接觸，靜電可從手表機(jī)芯，經(jīng)過金屬底殼和人體連接泄放到大地。AR05手表通過靜電測(cè)試合格，金屬底殼經(jīng)過人體接地是解決導(dǎo)電性物體的靜電干擾的有效方法。

4.4 屏蔽

在有靜電場(chǎng)所的地方，可利用靜電屏蔽原理，防止靜電危害。在防止外界電場(chǎng)干擾方面，靜電屏蔽原理得到了廣泛應(yīng)用。靜電敏感元件在儲(chǔ)存或運(yùn)輸過程中會(huì)暴露于有靜電的區(qū)域內(nèi)，用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜電對(duì)電子元件的影響。筆者參加設(shè)計(jì)型號(hào)是USB5015產(chǎn)品，該產(chǎn)品有一個(gè)激光模組，是USB5015產(chǎn)品重要部分，選用的激光模組主要技術(shù)參數(shù)如下：

輸出功率：0.6mW～0.95mW;工作電流：最大值是15mA;工作電壓：3V;輸出波長(zhǎng)：640nM～660nM(納米)，典型值是650 nM(納米);工作溫度：-10℃～+50℃，典型值是25℃;存儲(chǔ)溫度-20℃～+65℃;15米處光點(diǎn)大小：最大值是15 mm X15 mm；同心度最大值是±3度；外形尺寸是直徑（φ）6.5 mm×18 mm。

為了保證USB5015的安全性，筆者選用該激光模組要有CE證書、ROHS(環(huán)保）安全證書、美國FDA（安全）證書和歐洲TUV的Laser Class 2(安全等級(jí)2) 等證書。有了這些證書，充分證明USB5015產(chǎn)品的安全可靠，用戶不用怕激光模組會(huì)傷害眼睛和皮膚，這樣可以放心使用了。

我們要求供應(yīng)商在供貨時(shí)，要用靜電屏蔽袋包裝，保證激光模組在運(yùn)輸和儲(chǔ)存不受靜電影響。來貨時(shí)是采用靜電袋包裝，靜電袋的構(gòu)造和功能如下：內(nèi)層：抗靜電聚乙烯，不產(chǎn)生靜電；中層：加強(qiáng)的聚酯纖維，增加機(jī)械強(qiáng)度；外層：鍍鎳，成為良好導(dǎo)體，可瞬間放釋電荷，形成屏蔽即法拉第容器，所以USB5015產(chǎn)品沒受到靜電干擾。

5、結(jié)語

通過了解靜電的基本概念和危害，為了更好地解決電子產(chǎn)品的靜電干擾問題和提高產(chǎn)品質(zhì)量，從工程應(yīng)用實(shí)際出發(fā)，機(jī)械結(jié)構(gòu)在電子產(chǎn)品防止靜電干擾方面是很關(guān)鍵的。在電子產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)中，不同的產(chǎn)品有不同的特點(diǎn)，要用不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，做到具體問題具體分析，確保所開發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品安全可靠，從而滿足客戶的需要以及生產(chǎn)的要求，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益起到重要作用。

參考資料

[1]靜電放電及防護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.050

梁華成,男.工程師。