电子工业静电危害与控制
摘 要：通过对静电产生的原理特点和危害的论述，进而阐述了静电危害的控制原则和控制方法
关键词：静电 控制原则 控制方法 危害
1、静电的产生、特点及其危害
1.1 静电的产生
与通常强电、弱电系统中电子在电场作用下的运动不同，静电是这样一类电荷：这些电荷并不物体内运动，而是被束缚于物体的表面。由于物体表面的正负电荷不平衡，对外呈现出静止电荷，并由此形成空间电场，产生较高的对地电压。静电的产生主要有两种途径：
⑴不同的两种非金属材料摩擦、接触分离时，电荷在这两种物体间发生转移，造成物体的正负电荷失去平衡而带电；
⑵非接地金属体因感应而带电。
1.2 静电的特点
静电有这样一些特点：高电压、强电场，发生放电的持续时间极短、电磁辐射频带宽。
带电物体对地电压与物体的电容量及其所带电荷量均有关。对一般的非大型物体，其电容量一般在数pF至数百pF之间，静电电荷可导致其产生数百至数万伏的对地电压。发生静电放电时，因放电电阻、电容小，其放电时间常数一般很小（常小于1μs），并产生全频电磁辐射。
1.3 静电的危害
随着微电子技术的发展，静电已经成为现代电子工业生产中使电子元器件和电子装备损伤的重要根源之一。静电可能造成电子元器件、电子系统损伤或损坏；造成电子系统数据错误、控制系统失控等故障。同时由于静电的产生具有随机性和不确定性等特点，这些危害往往不易被识别或被检测到。
静电电荷本身并不会产生危害，危害主要来自静电放电的过程。因此，我们通常所说的静电危害，实际是指静电放电所产生的危害。对现代电子工业，静电的危害方式和途径主要有：
⑴直接接触放电
电子器件接触带电物体，高电压导致其内部被击穿，或瞬间的大电流导致器件失效或可靠性降低；
⑵感应放电
器件在静电场作用于电荷发生移动，形成了电位梯度，如与金属体或接地体接触，发生放电，造成损伤或失效。
静电放电不仅可能损伤电子元器件，而且可能导致控制失灵、数据错误；静电放电的电磁辐射带宽高达数GHz，近距离的静电放电产生的电磁辐射可能造成电子设备的误动作或数据错误。
2、静电危害的控制原则和控制
在静电可能对电子装备或器件产生危害的区域，建立静电保护区域（Electrostatic Protect Area，EPA）是十分重要的。在EPA内，人们采取各种防静电措施控制静电危害。
2.1 控制静电危害产生的主要原则
控制静电危害的主要原则有：
⑴控制静电的产生和积累，减少物体的静电电荷量，使其对地电压控制在安全范围内。
⑵控制各物体之间的电位差，减少静电放电。
2.2 控制静电危害的主要措施
根据上述控制原则，控制静电危害的措施主要包括3个方面：降低静电产生的速率，提供静电泄漏通道及等电位连接。
⑴降低静电产生的速率
在运动中物体因摩擦、剥离等因素产生静电的速率（起电率）不仅与运动速度有关，也与材料有关。因此，除了尽量避免高速摩擦、高速剥离外，还应尽可能使用起电率低的材料。一般说来，使用防静电材料（电阻率在104～1010Ω的材料）、防静电制品（防静电材料制造的用品）或不易起电的材料（如棉布等），可大大降低静电起电率。
⑵提供静电泄漏通道
物体在运动中（或因感应）不断产生电荷积累，同时也不断流向大地或被空间异性电荷中和，使起电与泄漏最终达到平衡。这个平衡点决定了物体最终的静电电压，因此，为使物体带电量低至不产生危害的程度。静电泄漏有两种方式：接地和空间电荷（离子）中和。
①接地 接地是指将物体与大地连接，使物体的静电电荷对地泄漏。静电接地分为直接静电接地和间接静电接地两类。
直接静电接地：将金属导体直接与大地电气连接（接地电阻一般不大于100Ω）；
间接静电接地：将非金属导体，通过其自身或防静电用品、制品、或通过金属导体，与大地连接（接地电阻104～1010Ω）。
因不同的电子器件对静电的敏感程度（可能造成其损坏的静电电压值）不同，因此，对间接静电接地电阻的要求也不同。根据不同的要求，可将EPA分为A、B两级：凡存在易损电压小于100V的器件或产品的区域为A级EPA；存在易损电压大于100V器件或产品的区域为B级EPA。不同级别的EPA对间接静电接地电阻的要求不同。了解这一点十分重要，既能针对性地防止静电损伤，又能节省防静电的费用。
②中和空间电荷（离子）利用空间带电离子，不断中和物体所带静电电荷，使其静电电位控制在安全范围内。
⑶等电位连结
将一切非带电金属体进行等电位连接，使其之间保持相同的电位，以防止静电放电的发生。
3、防静电危害的措施
防静电工作是项系统工程，该工程环环相扣，只要其中一环不注意，使静电损伤了电子元器件，则其它各环的防静电工作白做，防静电经费白花。防止静电危害，必须根据上面亿阐述的控制静电危害的原则，从工程设计、工艺过程、安全管理等多方面采取相应的措施，进行全面、系统地控制，才能有效的控制静电危害。下面对EPA的防静电危害措施以及目前一些常见做法的有效性和必要性进行探讨。
3.1 防静电接地
为了防止感应带电及出现电位差，所有非带电金属体均应进行接地。金属物体本身不会因摩擦带电，但可能因接触带电体或因感应而带电，成为静电带电体。这种情况下金属体整体电荷仍然平衡，但其不同方向表面电荷是不平衡的，并在其周围形成静电场，因此，除非不允许或不能，EPA内所有非带电金属均应接地，且一般情况下应采用直接静电接地。
生产中非金属材料的制品、工具、容器等，应尽可能使用防静电材料制成，并进行间接接地。使用防静电用品、工具和制品，并在可能的情况下进行接地，一方面降低静电起电率，另一方面提供静电泄漏通道、防静电工作台、防静电地面、人员穿戴防静电工作服、鞋，佩带防静电腕带，配置防静电工作椅等。这些制品、用品、工具、设施等的静电泄漏电阻，应符合相应EPA防静电等级的要求。
3.2 防止人体静电危害的措施
人员作为生产的主体，活动范围较大、随机性强，差异大，因此人体静电是最易产生并造成危害的。防止人体静电危害，目前很多EPA区域出入口要求设置静电释放装置（如接地金属球或手柄），人员进入前被要求触摸该装置，以释放静电，实际上，这种措施只能一次性将人体静电释放，并不能保证人员进入EPA后的活动中不产生静电和静电积累超过安全允许范围。而最大的危害，就是在生产过程中因活动（包括感应）导致静电积累，因此，这种措施实际上是没有意义的。同样，在进入EPA前测量人体静电电位，也只能反应在进入EPA时的静电电位情况，不论其测量结果是否满足要求，都不能代表其进入EPA后静电电位可能达到的数值，因此，这种测量结果并不能作为人员是否可以进入EPA的依据。
为了防止人体静电积累，将其静电电位控制在安全范围内，一方面应穿防静电工作服，避免穿化纤服装，减少静电的产生。另一方面应该采取的措
施是始终为其提供静电泄漏的通道，通过防静电地坪、防静电工作鞋（袜子、鞋套）、防静电工作服、防静电工作椅、防静电腕带等，在贯穿生产的整个过程和所有位置，始终保证人体有足够的、且保证人员安全的静电泄漏通道。这样就可将人体静电电位控制在安全范围内。
3.3 绝缘物体消除静电的措施
原则上，EPA内应尽量避免使用绝缘材料，因为绝缘物体（电阻大于1010Ω），采用接地方式是不能消除静电积累的。
对必须使用的绝缘材料，应采用空间带电离子中和的办法，消除静电。例如可使用离子风静电消除器。产生离子风的静电消除器应满足相应的技术要求，主要有：消电时间<20s，残余电压<100V。
3.4 临时或特殊EPA的防静电措施
对一些临时的或特殊EPA，不允许或难以设置接地装置的区域（如某些电子吊舱等），采用等电位连结就尤为重要。这种情况下，等电位连结实际上就是设置一个非零位的浮地，将非带电金属、防静电设施、用品、制品等统统连接到该浮地，形成等电位，虽然不能将静电电荷泄漏到大地，但在整个EPA内避免出现静电电位差，造成放电。此外，在可能并允许的情况下可以采用离子风静电消除器消除静电以获得更佳效果。
3.5 关于电阻检测
面的叙述已经说明，接地是EPA内一个重要的防静电措施。如何确定间接接地电阻值及其是否满足要求，是一个需要重视的技术问题。
由于非金属材料制成的防静电设施、制品等用品，其电阻与电压的关系是非线性的。不同的电压下，其电阻值不同，如目前使用比较多的环氧树脂类防静电地坪，在500V电压下测量与100V电压下测量，其结果相差可达数上万倍甚至更大。目前我国多数防静电标准或规范，仅对防静电泄漏电阻要求有规定，而对检测方法或检测条件并没有做出规定或说明。原电子部标准规定的检测电压为500V，后经修编（归属信息产业部）在SJ/T10694-2006《电子产品制造与应用系统防静电检测通用规范》中规定了防静电制品、设施电阻检测电压为10V、100V；WJ2146-93《兵器工业防静电用品设施验收规程》规定的检测电压为500V，目前其正修编，测试电压也改为10V、100V、500V。这样国内的静电泄漏电阻测试电压标准实现了统一。而100V、10V的测试电压，也是IEC标准所确定的测试电压。
4、结束语
一般说来，静电是一种现象，静电电荷的积累本身并不会造成危害，静电危害主要来自于静电放电。防止静电危害，应该从控制静电电荷的积累和防止发生静电放电两方面系统的、有针对性的采取措施，同时应根据EPA内产品或器件的静电敏感程度确定等级。使用的防静电用品、制品、设施应满足相应的技术要求。防止静电危害，既要从设计上首先考虑，也要从管理是制定相应的措施，同时，也应避免一些无效的、或者不必要的做法，以减少浪费。
参考文献
[1]来宏维著，《电子工业中的静电控制技术》，上海出版社，2001.
[2]关效圣编著.《静电灾害及其防控》，辽宁科学出版社 1996
[3]腾金歧等编著.《防静电工程技术规程》，上海 2000
作者简介：韩伟丽（1977-）女，毕业于西安航空工业技术专科学校，大学学历.长期从事电装工艺研究工作.研究方向航空仪表标准化检验工作.