靜電防護(hù)技術(shù)要點(diǎn)在電子工程領(lǐng)域中的有效應(yīng)用

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廈門(mén)陽(yáng)光恩耐照明有限公司，福建廈門(mén)，361012

0 引言

從廣義層面來(lái)講，電子工程指的是電子系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)的綜合。隨著時(shí)代的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子工程的基礎(chǔ)概念也發(fā)生了一定的改變，電子工程所涉及的領(lǐng)域愈發(fā)廣泛、所包含的內(nèi)容也越來(lái)越多。結(jié)合電子工程的原始特征，可以將其歸屬為電氣工程的一個(gè)子類，通常也將其稱之為“信息技術(shù)”或“弱電技術(shù)”，根據(jù)其包含的技術(shù)內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域，可將電子工程細(xì)分為“電測(cè)量技術(shù)”“電子技術(shù)”“調(diào)整技術(shù)”三部分。從技術(shù)應(yīng)用的層面來(lái)看，電子工程的應(yīng)用形式不僅包含各種類型的電動(dòng)設(shè)備，還包含了融合有計(jì)算機(jī)技術(shù)、調(diào)整技術(shù)、控制技術(shù)、測(cè)量技術(shù)等多種技術(shù)的各類電動(dòng)開(kāi)關(guān)。

因具有鮮明的智能化、自動(dòng)化、信息化特征，近幾年電子工程的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，為人們的生活、工作、學(xué)習(xí)帶來(lái)了諸多便利，已逐漸成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺重要組成部分，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展中發(fā)揮著極為重要作用[1]。

1 靜電的產(chǎn)生及危害

1.1 靜電的產(chǎn)生原理及主要方式

自然界中大部分物質(zhì)都是由原子組成的，而原子中又包含質(zhì)子、中子和電子，現(xiàn)代科學(xué)觀念下，人們認(rèn)為質(zhì)子帶正電荷、電子帶負(fù)電荷而中子不帶電。正常狀態(tài)下，為保證原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，原子中的質(zhì)子和電子會(huì)具有相同的數(shù)量，此狀態(tài)下原子正負(fù)電平衡，對(duì)外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。然而，當(dāng)原子受到外力作用時(shí)，原子核周?chē)碾娮臃植记闆r會(huì)發(fā)生改變，正負(fù)電子的恒定狀態(tài)會(huì)被打破，原子電荷失去平衡，從而導(dǎo)致物體帶電，而這便是靜電現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。通常情況下，產(chǎn)生靜電的方式有以下三種：首先是傳導(dǎo)。電子具有自由移動(dòng)的能力，當(dāng)帶電物體與不帶電物體接觸時(shí)，電子會(huì)在勢(shì)能的作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致原有電荷平衡狀態(tài)被打破，產(chǎn)生靜電現(xiàn)象；其次是感應(yīng)。即當(dāng)不帶電物體進(jìn)入到電場(chǎng)中時(shí)，電子會(huì)基于電荷間“同性相斥、異性相吸”的原理進(jìn)行轉(zhuǎn)移，使得原有的電荷平衡狀態(tài)被打破，出現(xiàn)靜電現(xiàn)象；最后是摩擦。摩擦是引發(fā)靜電的最常見(jiàn)方式。當(dāng)兩種不同材質(zhì)的物體進(jìn)行摩擦后，原子原有的電荷平衡狀態(tài)會(huì)被打破，電子會(huì)在動(dòng)能、熱能、位能的作用下轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物質(zhì)上，此時(shí)失去電子的原子會(huì)帶正電，而得到電子的原子會(huì)帶負(fù)電，從而導(dǎo)致物體帶電，產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。

1.2 靜電的危害

在電子工程領(lǐng)域，靜電現(xiàn)象所造成的危害主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）放電損壞電子元器件。當(dāng)物體內(nèi)有靜電聚集時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生非常高的電位，一旦電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)物體周邊介質(zhì)的抗電強(qiáng)度，便會(huì)導(dǎo)致原子核脫離束縛成為自由電子，從而產(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象。對(duì)于電子工程而言，普遍會(huì)涉及內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分精密的電子元件，而大部分電子元件的抗電強(qiáng)度非常低，電壓承受極限往往不足100V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于靜電放電瞬間所產(chǎn)生的電壓，因此，極容易被靜電放電現(xiàn)象所損壞。例如：科學(xué)試驗(yàn)表明，當(dāng)環(huán)境濕度＜10%時(shí)，雙列直插器件從聚四苯乙烯海綿橡膠中取出的瞬間，能夠產(chǎn)生高達(dá)14500V的靜電電壓，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了雙列直插器件的電壓承受能力，若未能做好靜電防護(hù)工作，極容易導(dǎo)致雙列直插器件被靜電電壓擊穿而損壞；（2）靜電吸附影響電子元件使用功能。當(dāng)物體內(nèi)有靜電聚集時(shí)，其會(huì)對(duì)附近空氣中的水分子、細(xì)小雜質(zhì)以及粒徑在0.1μm～1μm間的微小粉塵顆粒產(chǎn)生一定的吸附效果。在電子工程中，若半導(dǎo)體晶片因靜電吸附作用而導(dǎo)致表面附著較多的微小顆?；螂s物，會(huì)嚴(yán)重影響其各項(xiàng)性能。尤其是玻璃、硅、陶瓷、石英等絕緣材料，在使用過(guò)程中極易積累靜電荷，產(chǎn)生靜電吸附現(xiàn)象，從而對(duì)其絕緣性及其他性能造成嚴(yán)重影響，甚至使其淪為廢品；（3）靜電輻射危害人體健康。長(zhǎng)期處于靜電環(huán)境中，在靜電輻射的影響下，人體會(huì)產(chǎn)生胸悶、頭疼、煩躁、呼吸困難等不適癥狀，從而對(duì)身心健康造成一定程度的影響。同時(shí)，空氣中普遍含有各種類型的病菌，當(dāng)人體處于靜電環(huán)境中時(shí)，在靜電感應(yīng)和靜電吸附作用的影響下，空氣中的病菌更易附著在人體皮膚上，長(zhǎng)此以往，不僅會(huì)影響皮膚的光澤度和彈性，還會(huì)增大皮膚病的發(fā)生幾率，進(jìn)一步對(duì)身體和心理造成傷害[2]。

2 靜電防護(hù)技術(shù)在電子工程領(lǐng)域中的有效應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的靜電防護(hù)技術(shù)應(yīng)用

2.1.1 遵循抑制靜電產(chǎn)生原則

抑制靜電產(chǎn)生原則的核心在于“防”，即通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)手段和技術(shù)方法，防止靜電聚集，以此達(dá)到靜電防護(hù)的效果。該原則下，靜電防護(hù)技術(shù)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的應(yīng)用主要有以下幾種形式：（1）將靜電保護(hù)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品和元件中。例如：在電子工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)盡可能使用對(duì)靜電不敏感的元件或者為那些靜電放電敏感元件設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)碾妷狠斎氡Ｗo(hù)措施，以此降低靜電放電的破壞性。然而，此方法存在一個(gè)明顯的矛盾點(diǎn)，即電子元件的小型化、復(fù)雜化、精密化發(fā)展，使其對(duì)ESD更加敏感，因此需要技術(shù)人員在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)能夠根據(jù)實(shí)際情況和使用需求，對(duì)電氣元件的設(shè)計(jì)精密度和抗靜電能力進(jìn)行有效平衡，確保其兼具良好的功能性和靜電防護(hù)能力；（2）盡可能消除產(chǎn)生靜電的材料和過(guò)程。從而工作環(huán)境的角度出發(fā)，盡量減少消除容易引發(fā)靜電現(xiàn)象材料和工序，如：減少普通塑料的使用，減少推拉、拖拽、摩擦電氣元件等。因?yàn)橄嗤妱?shì)或零電勢(shì)材料之間不會(huì)發(fā)生ESD，所以在工作過(guò)程中，應(yīng)盡可能保證工作環(huán)境或操作過(guò)程中，材料或工序具有相同的靜電電勢(shì)；（3）對(duì)靜電放電進(jìn)行物理防護(hù)。即防止要發(fā)生的靜電放電接觸到敏感電氣元件。主要有兩種常見(jiàn)方法：一種是為敏感元件或裝配過(guò)程設(shè)置適當(dāng)?shù)慕拥睾头至鞔胧源藢⒃艿降撵o電放電進(jìn)行分流，從而有效避免敏感元件被靜電擊穿損壞；另一種是利用適當(dāng)?shù)陌b材料對(duì)敏感元件進(jìn)行包裹，以此達(dá)到屏蔽靜電的效果，避免敏感元件在移動(dòng)、運(yùn)輸過(guò)程中被靜電損壞。

2.1.2 遵循控制靜電積聚原則

控制靜電積聚原則的核心在于“泄”，即通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)手段和技術(shù)方法，泄放或中和已經(jīng)聚集的靜電，以此達(dá)到靜電防護(hù)的效果。該原則下，靜電防護(hù)技術(shù)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的應(yīng)用主要有以下幾種形式：（1）接地。接地能夠?yàn)殪o電提供良好的泄放通道，使帶電體上積聚的靜電荷迅速導(dǎo)入大地，從而有效避免對(duì)敏感元件的放電，到達(dá)保護(hù)敏感電氣元件的目的。接地設(shè)計(jì)的科學(xué)性、接地裝置有效性對(duì)整個(gè)靜電防護(hù)效果具有決定性的影響，若接地效果差，將導(dǎo)致整個(gè)防靜電體系失效，使得電氣元件處于在一個(gè)充滿靜電的危險(xiǎn)環(huán)境，因此接地設(shè)計(jì)必須要保證測(cè)試放電點(diǎn)到最終接地匯接點(diǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)都具有良好的通暢性，這樣才能確保靜電的安全泄放。目前，根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，電子工程領(lǐng)域獨(dú)立接地電阻的阻值應(yīng)≤10Ω，固定設(shè)備接地導(dǎo)線應(yīng)采用1.25mm以上的多股可撓的編織電線，同時(shí)接地必須與防靜電腕帶、工作臺(tái)表面、地板連接牢固；（2）利用極性相反的電荷進(jìn)行中和。對(duì)于無(wú)法用接地方法進(jìn)行靜電防護(hù)的絕緣材料，如普通塑料等，可利用電荷中和的方法進(jìn)行靜電防護(hù)。目前，該方法最常見(jiàn)的應(yīng)用形式為靜電消除器（SVCOR），即利用高壓發(fā)生裝置，制造一個(gè)低電流、高電壓的穩(wěn)定高強(qiáng)電場(chǎng)，利用電場(chǎng)將空氣電離成離子體，然后利用氣流將離子體帶到帶電物體表面，通過(guò)正負(fù)電荷的中和來(lái)實(shí)現(xiàn)靜電防護(hù)目的；（3）控制環(huán)境溫濕度。環(huán)境溫度和濕度均是影響ESD的重要因素，經(jīng)科學(xué)試驗(yàn)表明，相同大氣環(huán)境條件下，溫度越低濕度越大，而濕度增大可一定程度上增加材料表面的導(dǎo)電率，增強(qiáng)空氣的導(dǎo)電性能，使得物體上聚集的靜電荷得到更快泄放。由此可見(jiàn)，溫度越低、濕度越大，越有利于靜電危害的防護(hù)。因此，在滿足工藝條件和設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能通過(guò)地面灑水、風(fēng)扇噴霧器噴射水霧、空調(diào)加濕等方法提升環(huán)境相對(duì)濕度，以此提升靜電防護(hù)效果。

2.2 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的靜電防護(hù)技術(shù)應(yīng)用

2.2.1 強(qiáng)化靜電環(huán)境創(chuàng)建

為有效降低靜電對(duì)電子工程的負(fù)面影響，進(jìn)一步提高靜電防護(hù)效果，相關(guān)工作人員應(yīng)認(rèn)真做好靜電環(huán)境創(chuàng)建工作，以最大限度保證工作空間的整潔性和清潔性，具體而言包含三方面工作：（1）進(jìn)行環(huán)境建設(shè)時(shí)盡可能選用具有較強(qiáng)防靜電能力的涂料。在電子工程中，部分工作區(qū)域具有較高的靜電防護(hù)要求，針對(duì)這類工作區(qū)域在進(jìn)行環(huán)境創(chuàng)建時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用靜電防護(hù)性能出色的材料。例如：在對(duì)該工作區(qū)域頂棚和內(nèi)壁進(jìn)行設(shè)計(jì)施工時(shí)，不僅需要在其外部設(shè)置一層防火墻板，還可以通過(guò)噴涂防靜電環(huán)氧樹(shù)脂涂料的方式進(jìn)一步增強(qiáng)頂棚和內(nèi)墻的防靜電能力。又如：在進(jìn)行送風(fēng)管道設(shè)計(jì)施工時(shí)，應(yīng)在管道表面均勻涂抹一層三聚氰胺樹(shù)脂涂料，以此避免空氣中出現(xiàn)靜電聚集，將靜電危害降至最低；（2）盡可能提高地面防靜電水平。工程人員應(yīng)結(jié)合工作區(qū)域?qū)嶋H情況和具體的防靜電要求，對(duì)底板系統(tǒng)電阻進(jìn)行深入的分析。在保證安全的前提下盡可能選用導(dǎo)電性能出色的地底板材料。目前，防靜電瓷質(zhì)底板在電子工程領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，即在傳統(tǒng)瓷質(zhì)底板瓷層內(nèi)部加入適量無(wú)極高溫導(dǎo)電材料，以此大幅度提升底板的導(dǎo)靜電水平。相較于傳統(tǒng)底板材料，防靜電瓷質(zhì)底板不僅具有出色的防靜電性能，還具有良好的防火性能和整體穩(wěn)定性，且使用壽命非常長(zhǎng)，因此該材料的應(yīng)用可顯著提升電子工程工作區(qū)域的防靜電能力；（3）從產(chǎn)品本身出發(fā)，做好組裝管理工作。工作人員在進(jìn)行電子元器件組裝時(shí)，應(yīng)具備良好的防靜電意識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)，能夠從整體的角度出發(fā)，思考和預(yù)判可能出現(xiàn)靜電問(wèn)題的操作環(huán)節(jié)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合防靜電知識(shí)、技能以及配套的防靜電器具，對(duì)工作環(huán)境、操作流程進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化，以此提升防靜電水平，避免組裝過(guò)程中發(fā)生靜電問(wèn)題。

2.2.2 配備相關(guān)用品器具

在開(kāi)展電子工程的過(guò)程之中，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)做好相關(guān)靜電防護(hù)用品或器具的配備工作，以此提升作業(yè)過(guò)程中的靜電防護(hù)水平，最大限度降低靜電危害。

在靜電防護(hù)用品方面，現(xiàn)階段電子工程常用的靜電防護(hù)用具有：（1）防靜電腕帶（見(jiàn)圖1）。根據(jù)相關(guān)要求防靜電腕帶彈簧軟線長(zhǎng)度應(yīng)≤250cm，保護(hù)電阻（泄露電阻）阻值應(yīng)達(dá)到106Ω；（2）防靜電工作服。根據(jù)相關(guān)要求防靜電工作服摩擦帶電的電量應(yīng)＜0.6μC/件；（3）防靜電鞋。根據(jù)相關(guān)要求防靜電鞋鞋底電阻阻值應(yīng)在105～108Ω之間；（4）防靜電消除液。根據(jù)相關(guān)要求防靜電消除液涂擦后，應(yīng)使物體表面的電阻達(dá)到106～109Ω量級(jí)且能夠保持?jǐn)?shù)月，同時(shí)防靜電消除液應(yīng)具有無(wú)毒、無(wú)害、透明的特點(diǎn)；（5）防靜電手套/指套（見(jiàn)圖2）。根據(jù)相關(guān)要求防靜電手套/指套應(yīng)采用防靜電布或防靜電針織物制作而成，面電荷密度應(yīng)＜7μC/m2。

在靜電防護(hù)器具方面，主要以離子風(fēng)機(jī)（即前文提及的靜電消除器SVCOR）最為常用。實(shí)際工作中主要利用該器具來(lái)應(yīng)對(duì)絕緣體材料上產(chǎn)生的靜電問(wèn)題。

2.2.3 落實(shí)人員培訓(xùn)工作

作為電子工程的主要實(shí)踐者和操作者，作業(yè)人員的防靜電意識(shí)、理論知識(shí)及實(shí)踐技能對(duì)于靜電防護(hù)工作開(kāi)展效果具有決定性的影響。因此，想要切實(shí)提升電子工程各環(huán)節(jié)的防靜電水平，必須要有效落實(shí)人員培訓(xùn)工作。首先，相關(guān)企業(yè)應(yīng)設(shè)立一套完整的人員培訓(xùn)機(jī)制，并嚴(yán)格按照培訓(xùn)機(jī)制中的要求和計(jì)劃，對(duì)作業(yè)人員展開(kāi)系統(tǒng)的培訓(xùn)工作，通過(guò)全面的培訓(xùn)教育引導(dǎo)作業(yè)人員樹(shù)立良好的防靜電意識(shí)，掌握扎實(shí)防靜電知識(shí)和技能，從而實(shí)現(xiàn)防靜電水平的全面提升。其次，要求加強(qiáng)對(duì)人員防靜電工作執(zhí)行情況監(jiān)管，通過(guò)完善考核制度、監(jiān)管制度、責(zé)任制度的方式，加強(qiáng)監(jiān)管力度，使每個(gè)作業(yè)人員都能夠明確自身崗位的防靜電工作標(biāo)準(zhǔn)和要點(diǎn)，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的防靜電措施，以此確保防靜電工作的實(shí)效性[3-6]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電子工程具有鮮明的智能化、自動(dòng)化、信息化特征，隨著近幾年的飛速發(fā)展，其已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺重要組成部分，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展中發(fā)揮著極為重要作用。然而在電子工程實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，受摩擦、傳導(dǎo)、感應(yīng)等原因的誘導(dǎo)，極容易發(fā)生靜電問(wèn)題，對(duì)作業(yè)效果及敏感元器件產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，因此，靜電防護(hù)工作對(duì)于電子工程具有重要的意義。新時(shí)期背景下，現(xiàn)骨干企業(yè)應(yīng)在深入了解靜電產(chǎn)生原因和危害的基礎(chǔ)上，遵循抑制靜電產(chǎn)生原和控制靜電積聚原則，通過(guò)強(qiáng)化靜電環(huán)境創(chuàng)建、配備相關(guān)用品器具、落實(shí)人員培訓(xùn)工作等策略，全面提升自身靜電防護(hù)技術(shù)水平，為電子工程的順利、高效開(kāi)展提供有力保障。