電子設備靜電放電危害及防護技術研究

張國茂

摘要：隨著科學技術的進步，電器和電子設備廣泛運用到人們的日常生產和生活中，靜電造成的危害已受到世界各國的高度重視。文章對電子設備靜電放電危害及防護技術進行了研究，希望能對人們日常用電防護提供部分對策。

關鍵詞：電子設備；靜電放電；危害；防護

如何安全、可靠、經濟地使用各類電子設備，避免電子設備使用過程中受到靜電放電的危害，進而確保生產生活的順利進行是每個電子設備使用者必須要注意的問題。因此，在電子生產中要采取科學合理的防護措施降低靜電帶來的風險。

1 靜電放電的形成和對電子設備的危害

1.1 靜電放電的定義

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

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，常發生在極度不均勻的電場中，在放電過程中，產生微量的電流；（2）火花放電是一個瞬變的過程，當靜電導體靠近接地導體便會誘發靜電火花放電，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 靜電放電對電子設備的危害

高電位、強電場、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，并釋放出強烈的電磁輻射，靜電放電電磁脈沖就這樣形成，所幸持續的時間極短，但強大的電磁能量往往足夠對電子系統中敏感器件的造成破壞。

電子設備中采用大規模集成電路甚至超強規模的集成電路，己經是時下電子信息技術發展的趨勢。敏感器件的使用，導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最普遍、最嚴重的靜電危害。在靜電放電時可產生幾百赫茲到幾十兆赫茲的頻帶、電平達幾十毫伏的電磁脈沖干擾。

（1）首先，在產品加工制造到使用維護的任一環節，任一步驟中電子元器件的靜電放電損傷均有可能發生，具有很大的普遍性和隨機性。在一般情況下，人體操作過程中帶的靜電為1?2kV，靜電放電發生時，人體感覺一般不明顯，但出于靜電放電具有很強的隱蔽性的特點，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

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

（3）最后，靜電放電會導致電子器件突發性失效和潛在性失效兩種。突發性失效是指靜電損傷使電子器件的電路參數發生變化，使之功能喪失。這種失效約占失效總數的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的90%，所以危害性更大，應該給予足夠的重視。

1.4 電子設備靜電放電失效機理

電子設備靜電放電失效機理一般分為熱二次擊穿、金屬化熔融、介質擊穿、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備造成電噪聲、電磁干擾，進而使其產生誤動作或功能失效。強電磁脈沖及其浪涌效應對電子設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劣化或完全失效，另一方面可以形成累積效應，埋下潛在的危害，使電路或設備的可靠性降低。射源所產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備人員使用者的安全。

2 電子設備生產的靜電防護措施

靜電防護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，使物體表面保持清潔光滑的狀態等。

2.2 增大電荷消散速率防止電荷積聚

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

2.3 可以通過靜電接地來實現靜電泄露

靜電接地是各種防靜電規范中的基礎防護措施。通過導電體或者防靜電材料與大地進行可靠連接，將多余靜電導走，進而達到消除靜電的目的。

靜電接地的基本設施一般有：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，一般采用金屬導體，長度在2米內為最佳，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組成，特別是工作臺的臺面，因為經常與電子器件接觸，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嚴禁鋪蓋地面。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。在靜電防護中使用屏蔽手段，目的也是如此。采用屏蔽罩的方式來保護靜電敏感的器件產品免受放電影響，以達到隔絕靜電的效果。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，只是利用屏蔽設置與帶電物體進行隔離，達到防靜電的目的，

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

2.5 增濕

相應地增加工作環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，電導率越高，電荷泄露就越快，靜電對產品的影響就會越小，特別在環境濕度達到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電性能；這樣就可以有效將靜電轉移，物體的靜電起電的電量也會因為靜電荷的轉移而大大增大，進而達到消除靜電危害的目的。因此相應地增加工作環境的濕度的確在一定程度上防止了靜電的產生。但不是所有環境都適合增加環境濕度，所以應當因地制宜，兼顧經濟性和實用性，適當選用合適加濕設備產品。

2.6 電路設計

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。靜電的防護還必須從根本入手，即電路板設計。一個靜電防護性好的電路設計，應該做到增加引線長度，加大線寬，減少被保護信號線及回路上的寄生電感，縮小電路板的回路面積，進而有效減低靜電放電時電流所產生的電磁場，還有通過不斷地實驗，改進其防護靜電功能，利用防護手段去控制靜電。

3 結語

隨科技技術的高速進步和社會經濟的發展，對電子設備靜電放電危害的防護不容忽視，人們對靜電放電防護技術提出了更高的要求。正確運用靜電防護技術是保證電子設備不受靜電放電危害的重要手段，能保證社會的生產生活得以順利進行，這也是今后電子設備靜電放電防護技術的新課題。

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