静电防护技术要点在电子工程领域中的有效应用

余鹭帆

厦门阳光恩耐照明有限公司，福建厦门，361012

0 引言

从广义层面来讲，电子工程指的是电子系统与电气系统的综合。随着时代的发展以及科学技术的进步，电子工程的基础概念也发生了一定的改变，电子工程所涉及的领域愈发广泛、所包含的内容也越来越多。结合电子工程的原始特征，可以将其归属为电气工程的一个子类，通常也将其称之为“信息技术”或“弱电技术”，根据其包含的技术内容和应用领域，可将电子工程细分为“电测量技术”“电子技术”“调整技术”三部分。从技术应用的层面来看，电子工程的应用形式不仅包含各种类型的电动设备，还包含了融合有计算机技术、调整技术、控制技术、测量技术等多种技术的各类电动开关。

因具有鲜明的智能化、自动化、信息化特征，近几年电子工程的应用愈发广泛，为人们的生活、工作、学习带来了诸多便利，已逐渐成为现代社会不可或缺重要组成部分，在社会经济的整体发展中发挥着极为重要作用[1]。

1 静电的产生及危害

1.1 静电的产生原理及主要方式

自然界中大部分物质都是由原子组成的，而原子中又包含质子、中子和电子，现代科学观念下，人们认为质子带正电荷、电子带负电荷而中子不带电。正常状态下，为保证原子结构的稳定性，原子中的质子和电子会具有相同的数量，此状态下原子正负电平衡，对外表现出不带电的现象。然而，当原子受到外力作用时，原子核周围的电子分布情况会发生改变，正负电子的恒定状态会被打破，原子电荷失去平衡，从而导致物体带电，而这便是静电现象的产生原因。通常情况下，产生静电的方式有以下三种：首先是传导。电子具有自由移动的能力，当带电物体与不带电物体接触时，电子会在势能的作用下进行转移，从而导致原有电荷平衡状态被打破，产生静电现象；其次是感应。即当不带电物体进入到电场中时，电子会基于电荷间“同性相斥、异性相吸”的原理进行转移，使得原有的电荷平衡状态被打破，出现静电现象；最后是摩擦。摩擦是引发静电的最常见方式。当两种不同材质的物体进行摩擦后，原子原有的电荷平衡状态会被打破，电子会在动能、热能、位能的作用下转移到另一个物质上，此时失去电子的原子会带正电，而得到电子的原子会带负电，从而导致物体带电，产生静电现象。

1.2 静电的危害

在电子工程领域，静电现象所造成的危害主要体现在以下三个方面：（1）放电损坏电子元器件。当物体内有静电聚集时，往往会产生非常高的电位，一旦电场强度超过物体周边介质的抗电强度，便会导致原子核脱离束缚成为自由电子，从而产生静电放电现象。对于电子工程而言，普遍会涉及内部结构十分精密的电子元件，而大部分电子元件的抗电强度非常低，电压承受极限往往不足100V，远远低于静电放电瞬间所产生的电压，因此，极容易被静电放电现象所损坏。例如：科学试验表明，当环境湿度＜10%时，双列直插器件从聚四苯乙烯海绵橡胶中取出的瞬间，能够产生高达14500V的静电电压，这远远超过了双列直插器件的电压承受能力，若未能做好静电防护工作，极容易导致双列直插器件被静电电压击穿而损坏；（2）静电吸附影响电子元件使用功能。当物体内有静电聚集时，其会对附近空气中的水分子、细小杂质以及粒径在0.1μm～1μm间的微小粉尘颗粒产生一定的吸附效果。在电子工程中，若半导体晶片因静电吸附作用而导致表面附着较多的微小颗粒或杂物，会严重影响其各项性能。尤其是玻璃、硅、陶瓷、石英等绝缘材料，在使用过程中极易积累静电荷，产生静电吸附现象，从而对其绝缘性及其他性能造成严重影响，甚至使其沦为废品；（3）静电辐射危害人体健康。长期处于静电环境中，在静电辐射的影响下，人体会产生胸闷、头疼、烦躁、呼吸困难等不适症状，从而对身心健康造成一定程度的影响。同时，空气中普遍含有各种类型的病菌，当人体处于静电环境中时，在静电感应和静电吸附作用的影响下，空气中的病菌更易附着在人体皮肤上，长此以往，不仅会影响皮肤的光泽度和弹性，还会增大皮肤病的发生几率，进一步对身体和心理造成伤害[2]。

2 静电防护技术在电子工程领域中的有效应用

2.1 设计环节的静电防护技术应用

2.1.1 遵循抑制静电产生原则

抑制静电产生原则的核心在于“防”，即通过科学的设计手段和技术方法，防止静电聚集，以此达到静电防护的效果。该原则下，静电防护技术在设计环节的应用主要有以下几种形式：（1）将静电保护设计到产品和元件中。例如：在电子工程设计环节尽可能使用对静电不敏感的元件或者为那些静电放电敏感元件设计适当的电压输入保护措施，以此降低静电放电的破坏性。然而，此方法存在一个明显的矛盾点，即电子元件的小型化、复杂化、精密化发展，使其对ESD更加敏感，因此需要技术人员在设计环节能够根据实际情况和使用需求，对电气元件的设计精密度和抗静电能力进行有效平衡，确保其兼具良好的功能性和静电防护能力；（2）尽可能消除产生静电的材料和过程。从而工作环境的角度出发，尽量减少消除容易引发静电现象材料和工序，如：减少普通塑料的使用，减少推拉、拖拽、摩擦电气元件等。因为相同电势或零电势材料之间不会发生ESD，所以在工作过程中，应尽可能保证工作环境或操作过程中，材料或工序具有相同的静电电势；（3）对静电放电进行物理防护。即防止要发生的静电放电接触到敏感电气元件。主要有两种常见方法：一种是为敏感元件或装配过程设置适当的接地和分流措施，以此将元件受到的静电放电进行分流，从而有效避免敏感元件被静电击穿损坏；另一种是利用适当的包装材料对敏感元件进行包裹，以此达到屏蔽静电的效果，避免敏感元件在移动、运输过程中被静电损坏。

2.1.2 遵循控制静电积聚原则

控制静电积聚原则的核心在于“泄”，即通过科学的设计手段和技术方法，泄放或中和已经聚集的静电，以此达到静电防护的效果。该原则下，静电防护技术在设计环节的应用主要有以下几种形式：（1）接地。接地能够为静电提供良好的泄放通道，使带电体上积聚的静电荷迅速导入大地，从而有效避免对敏感元件的放电，到达保护敏感电气元件的目的。接地设计的科学性、接地装置有效性对整个静电防护效果具有决定性的影响，若接地效果差，将导致整个防静电体系失效，使得电气元件处于在一个充满静电的危险环境，因此接地设计必须要保证测试放电点到最终接地汇接点的每个环节都具有良好的通畅性，这样才能确保静电的安全泄放。目前，根据相关规范标准的要求，电子工程领域独立接地电阻的阻值应≤10Ω，固定设备接地导线应采用1.25mm以上的多股可挠的编织电线，同时接地必须与防静电腕带、工作台表面、地板连接牢固；（2）利用极性相反的电荷进行中和。对于无法用接地方法进行静电防护的绝缘材料，如普通塑料等，可利用电荷中和的方法进行静电防护。目前，该方法最常见的应用形式为静电消除器（SVCOR），即利用高压发生装置，制造一个低电流、高电压的稳定高强电场，利用电场将空气电离成离子体，然后利用气流将离子体带到带电物体表面，通过正负电荷的中和来实现静电防护目的；（3）控制环境温湿度。环境温度和湿度均是影响ESD的重要因素，经科学试验表明，相同大气环境条件下，温度越低湿度越大，而湿度增大可一定程度上增加材料表面的导电率，增强空气的导电性能，使得物体上聚集的静电荷得到更快泄放。由此可见，温度越低、湿度越大，越有利于静电危害的防护。因此，在满足工艺条件和设计需求的基础上，应尽可能通过地面洒水、风扇喷雾器喷射水雾、空调加湿等方法提升环境相对湿度，以此提升静电防护效果。

2.2 生产环节的静电防护技术应用

2.2.1 强化静电环境创建

为有效降低静电对电子工程的负面影响，进一步提高静电防护效果，相关工作人员应认真做好静电环境创建工作，以最大限度保证工作空间的整洁性和清洁性，具体而言包含三方面工作：（1）进行环境建设时尽可能选用具有较强防静电能力的涂料。在电子工程中，部分工作区域具有较高的静电防护要求，针对这类工作区域在进行环境创建时应优先选用静电防护性能出色的材料。例如：在对该工作区域顶棚和内壁进行设计施工时，不仅需要在其外部设置一层防火墙板，还可以通过喷涂防静电环氧树脂涂料的方式进一步增强顶棚和内墙的防静电能力。又如：在进行送风管道设计施工时，应在管道表面均匀涂抹一层三聚氰胺树脂涂料，以此避免空气中出现静电聚集，将静电危害降至最低；（2）尽可能提高地面防静电水平。工程人员应结合工作区域实际情况和具体的防静电要求，对底板系统电阻进行深入的分析。在保证安全的前提下尽可能选用导电性能出色的地底板材料。目前，防静电瓷质底板在电子工程领域的应用最为广泛，即在传统瓷质底板瓷层内部加入适量无极高温导电材料，以此大幅度提升底板的导静电水平。相较于传统底板材料，防静电瓷质底板不仅具有出色的防静电性能，还具有良好的防火性能和整体稳定性，且使用寿命非常长，因此该材料的应用可显著提升电子工程工作区域的防静电能力；（3）从产品本身出发，做好组装管理工作。工作人员在进行电子元器件组装时，应具备良好的防静电意识和基础知识，能够从整体的角度出发，思考和预判可能出现静电问题的操作环节，在此基础上，结合防静电知识、技能以及配套的防静电器具，对工作环境、操作流程进行科学优化，以此提升防静电水平，避免组装过程中发生静电问题。

2.2.2 配备相关用品器具

在开展电子工程的过程之中，应严格按照相关规范标准做好相关静电防护用品或器具的配备工作，以此提升作业过程中的静电防护水平，最大限度降低静电危害。

在静电防护用品方面，现阶段电子工程常用的静电防护用具有：（1）防静电腕带（见图1）。根据相关要求防静电腕带弹簧软线长度应≤250cm，保护电阻（泄露电阻）阻值应达到106Ω；（2）防静电工作服。根据相关要求防静电工作服摩擦带电的电量应＜0.6μC/件；（3）防静电鞋。根据相关要求防静电鞋鞋底电阻阻值应在105～108Ω之间；（4）防静电消除液。根据相关要求防静电消除液涂擦后，应使物体表面的电阻达到106～109Ω量级且能够保持数月，同时防静电消除液应具有无毒、无害、透明的特点；（5）防静电手套/指套（见图2）。根据相关要求防静电手套/指套应采用防静电布或防静电针织物制作而成，面电荷密度应＜7μC/m2。

在静电防护器具方面，主要以离子风机（即前文提及的静电消除器SVCOR）最为常用。实际工作中主要利用该器具来应对绝缘体材料上产生的静电问题。

2.2.3 落实人员培训工作

作为电子工程的主要实践者和操作者，作业人员的防静电意识、理论知识及实践技能对于静电防护工作开展效果具有决定性的影响。因此，想要切实提升电子工程各环节的防静电水平，必须要有效落实人员培训工作。首先，相关企业应设立一套完整的人员培训机制，并严格按照培训机制中的要求和计划，对作业人员展开系统的培训工作，通过全面的培训教育引导作业人员树立良好的防静电意识，掌握扎实防静电知识和技能，从而实现防静电水平的全面提升。其次，要求加强对人员防静电工作执行情况监管，通过完善考核制度、监管制度、责任制度的方式，加强监管力度，使每个作业人员都能够明确自身岗位的防静电工作标准和要点，严格执行相关的防静电措施，以此确保防静电工作的实效性[3-6]。

3 结语

综上所述，电子工程具有鲜明的智能化、自动化、信息化特征，随着近几年的飞速发展，其已经成为现代社会不可或缺重要组成部分，在社会经济的整体发展中发挥着极为重要作用。然而在电子工程实际作业过程中，受摩擦、传导、感应等原因的诱导，极容易发生静电问题，对作业效果及敏感元器件产生严重的不良影响，因此，静电防护工作对于电子工程具有重要的意义。新时期背景下，现骨干企业应在深入了解静电产生原因和危害的基础上，遵循抑制静电产生原和控制静电积聚原则，通过强化静电环境创建、配备相关用品器具、落实人员培训工作等策略，全面提升自身静电防护技术水平，为电子工程的顺利、高效开展提供有力保障。