电子设备的静电危害和防护

　　一、引言众所周知，物体内部是带有电荷的，而由于在一般情况下，正负电荷数量相等，对外人们觉察不到也不显示出带电的现象。我们可以用两种不同属性的物体相互接触或摩擦，其中一种物体带负电电荷的电子就会进入另一种物体内，这样静电就会产生了。产生静电的原因主要有摩擦、压电效应、感应起电、吸附带电等。根据电荷守恒定律，电荷既不能创生，也不能被消灭，只能是电荷的载体（电子、离子等）从一个物体移动到另一个物体，或者从一个物体的某一个部分移动到另一部分。物体带电以后，所带的电荷将通过放电的各种途径不断消散。电荷的积聚和电荷消散是同时的，当物体上电荷的积聚和电荷的消散达到动态平衡时，物体上就出现稳定的带电现象，称物体带有静电。在我们日常生活中，最为常见的如穿衣、脱衣（特别是化纤、羊毛制品）甚至空气流动都会产生静电。而静电的电压（强度）是由于物体的材料属性、摩擦和相对运动能的速度、与外界环境温度、湿度、甚至压力都有密切的关系。而在电子设备的使用过程中，由于设备本身电子产品集成化程度就很高，大规模的集成电路的应用随着外界条件的影响很难承受静电放电时候的危害，造成主要电子设备敏感元件的损伤，甚至造成严重的安全事故。本文就其危害性极其防护措施作如下分析。


　　二、静电对电子设备的危害随着电子信息技术的迅速发展，众多的电子设备中采用大规模的集成电路甚至超强规模的集成电路。各类整机和电子装备内部包含着大量的微功耗、低电平、高集成度、高电磁灵敏度的电路和元器件。这种器件被称之为静电敏感（ESDS）器件。它具有线间距短、线细、集成度高的特点。这类器件对静电越来越敏感，一旦积聚有静电荷的静电场可以使介质极化，在库仑力的作用下，悬浮在空气中的尘埃被吸附在物体上污染环境，也会影响产品质量。有些在半导体器件尘埃吸附在芯片上，集成电路（IC）特别是超大规模集成电路（VLSI）的成品率会大大下降；另一方面，在大规模的电子设备厂房和生产车间，在没有任何静电防护措施的情况下，人在行走或搬动物体产生的静电（不采取）超过几千伏，甚至几万伏。对这些器件放电，或强电强感应，严重的使器件失效，轻则使器件受到损伤，或氧化膜中或铝连线造成缺陷。常常导致电子设备潜在的危害，使设备或电路的可靠性降低，直接影响产品质量的可靠性。其主要危害概括起来，有以下几点：


　　（一）静电放电时产生的热效应可以作为点火源，引爆源，如石化业储槽因静电放电引燃易燃性储存物质造成储槽大火；小则是电子设备各类微型电子元件，敏感电路过热，造成电路损伤，电路性能变坏失灵如：IC芯片遭受静电放电而引起产品的损害无法正常工作，亦或芯片上累积静电造成尘粒的吸附导致质量破坏。


　　（二）静电放电引起的射频干扰，对信息化电子设备造成电噪声、电磁干扰，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硬损伤或软损伤，既可以造成器件或电路的性能参数劣化或完全失效，也可以形成累积效应，埋下潜在的危害，使电路或设备的可靠性降低。射源所产生离子电流量虽然很低，不易因放电引燃易燃性环境，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。


　　（三）静电危害源形成的强电场不仅可以电子设备效应器件的栅氧化层击穿或金属化线间介质击穿，造成电路失效，而且对许多测试仪器和敏感器件的工作可靠性造成影响，静电释放出的磁效应，引起的强电流可产生强磁场，干扰电子设备的正常工作。直接影响信息化设备的正常使用。


　　三、电子设备静电防护基本措施静电是无处不有，无时不在，在我们使用各类电子设备的时候，静电时时刻刻存在我们生活和工作的一切周围。在静电防护过程中，将静电完全消除是困难的，但是我们可以采取措施，将静电的产生与积聚控制在最少的限度内，确保静电不对电子器件和设备带来危害。具体防护措施有以下几种：


　　（一）在使用电子设备过程中静电危害防制方法中，接地是最有效且经济的方法。在工业生产过程中，因为摩擦等所能产生的最大静电电流为10-4A，若是人为的操作(最大速度约为1m/s)所所产生的最大静电电流约为10-6A。在生产工作环境条下，过滤器、机械设备、加油站等能产生静电的电子设备设置良好的接地装置，以保证所产生的静电能迅速导入地下。装设接地装置管道与容器之间产生电位差，在其连接处，特别是在静电放电可引起燃烧的部位，用金属导体时应注意，接地装置与冒出液体蒸气的地点要保持一定距离，接地电阻不应大于10欧姆，敷设在地下的部分不宜涂刷防腐油漆。土壤有强烈腐蚀性的地区，应采用铜或镀锌的接地体。


　　（二）减少摩擦的部位和强度也是减少和抑制静电产生的有效方法。如在使用传动电子设备装置中，采用三角皮带或直接用轴传动，以减少或避免因平面皮带摩擦面积和强度过大产生过多静电。物质因摩擦而产生静电，降低摩擦速度可缓和静电的产生，防制静电危害的产生，液体输送至贮槽或容器，低导电系数(小于50Ps/m)液体中若含有不溶合物质(应限制液体流速小于1m/s(此为较严格流速规定，如果考虑管径大小，将影响限制流速)，若液体中不含有不溶合物质，液体流速应小于7m/s。低导电系数液体流入贮槽或容器，造成的喷溅亦是产生静电的原因，应极力避免液体所产生的喷溅，可将液体流入口降低至容器底部，或由容器底部的管路流入，使流入的液体不会穿透液面，减少液体的扰动，避免增加静电的产生。降低静电荷产生的速度，可减低静电荷累积程度，不易达成静电放电的发生，但一般工厂中由于制度要求及物质特性，降低速度较适用于液体的输送作业。


　　（三）添加抗静电材料，在不导电或低导电性能的物质中，掺入导电性能较好的填料和防静电剂，或在物质表层涂抹防静电剂等方法增加其导电性，降低其电阻，从而消除生产过程中产生静电的火灾危险性。可以根据电子设备材料性质，如在绝缘材料制造过程中加入碳粉、抗静电液或金属纤维等，使物质成为抗静电材料或导电性材料。在橡胶、塑料或液体制造过程中，加入碳粉或金属粉，可提高其导电性，成为导电性材料，而且其效果不受相对湿度的影响，但却会改变材料本身的特性。因此环境中相对湿度的高低，会影响物质表面导电层的效果，一般在相对湿度40%～50%以下时，其效果会降低。


　　综上我们不难发现，由于大量电子设备的使用，并受作业环境分析、作业程序分析、物质特性分析，静电产生的原因是不同的，其造成的危害之也不尽相同，在生产和生活的具体实践中，我们一方面要了解和认识到静电危害严重性度，更应该在电子设备使用过程中判断分析在静电危害成因中何为主要因素，进而研拟防制对策，提出解决危害的方法，提出评估措施，以达静电危害因素的消除。