浅谈电子产品的静电防护技术

浅谈电子产品的静电防护技术

发表时间：2016-10-19T17:08:53.220Z 来源：《基层建设》2016年12期作者：阮舒敏[导读] 摘要：随着电子技术的发展和产品复杂程度的提高，静电放电对产品的危害也越来越严重。本文对电子产品静电产生的原因及其对电子产品的危害进行分析，提出了消除电子产品静电的解决方法。

佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司广东佛山摘要：随着电子技术的发展和产品复杂程度的提高，静电放电对产品的危害也越来越严重。本文对电子产品静电产生的原因及其对电子产品的危害进行分析，提出了消除电子产品静电的解决方法。

关键词：静电；静电包装；加湿；接地 1 静电对电子产品的危害

静电对电子产品的危害主要表现在 4 个方面： 1）静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻，缩短寿命； 2）静电放电破坏，使元件受损不能工作； 3）静电放电电场或电流产生的热使元件受损； 4）静电放电的幅度很大，频谱极宽（从几十兆到几千兆，达几百伏 / 米）的电磁场使电子产品受到电磁干扰而损坏。

静电放电对电路产生的危害，主要是在瞬间因放电电流对电路的感应导致的噪声，以及放电电流使基准地电位，如机壳地、信号地的电位发生偏移波动，从而导致对电路正常工作的干扰。这种电磁脉冲干扰有可能引起电子产品的误动作以及信息的丢失。例如：放电火花产生的电磁干扰有可能使计算机程序出错或数据丢失，导致测量和控制系统失灵或发生故障。

静电放电的损害往往只有 10 % 造成电子元器件当时完全失效，通常表现为短路、开路以及参数的严重变化，超出其额定范围，器件完全丧失了其特定的功能；而另外的 90 % 会潜伏下来，造成积累效应。一般情况下，一次 ESD 还不足以引起器件立即完全失效，但元件内部会存在某种程度的轻微损伤，通常表现为参数有小的偏差或漂移，潜在的失效并不明显，因而极易被人们忽视，若这种元器件继续工作，随着 ESD 次数的增加，积累效应就会越来越明显，其损伤程度会加剧，最终导致失效。

随着电子元器件的灵敏度及 PCB 的密集度越来越高，ESD 所造成的损坏危险性也就越来越大。

表 1 典型元件的 ESD 敏感度典型元件的 ESD 敏感度（根据 100 F 电容通过 1.5kΩ 放电的测试结果）如表 1 所示。

2 消除电子产品静电的途径和方法 2.1 抑制电子产品静电放电的产生

消除静电的最好方法是抑制电子产品静电放电。根据静电放电危害电子产品的几种途径，可以分别采取以下措施来加以防范，使静电放电对电子产品的危害减少到最低。

2.1.1 抑制静电放电

a）降低电子产品表面的导电能力。经常与人手接触的地方，如开关、操作按钮等元器件与机壳之间应留有一定的间隙，产品机柜表面应涂有绝缘漆或覆盖一些绝缘物质，使得静电不易形成。 b）降低外界因素带来的静电。工作人员可通过穿非化纤等防静电的衣服、手套以及在手腕上、脚上带防静电环接地的方法来防止静电。另外，铺设防静电地毯能十分有效地抑制由于人的运动而产生的静电。一般要求抗静电地板的表面电阻为10 5 ～10 8 Ω，阻值下限是为了人身安全，上限是不易产生静电的数值。工作台可用防静电桌面、垫子和导电地板来保护。 c）在易产生静电的场地使用离子风枪、离子棒或离子发生器等设备使得空气电离，通过空气导电来消散绝缘体或绝缘的电子产品上的静电，这样在一定的范围内可防止静电的产生。

2.1.2 抑制静电感应

a）信号线采用双绞线，尽可能短且不外露，电源线宜用屏蔽线，防止线间干扰。 b）电路模块应尽可能地用屏蔽盒，且屏蔽接地。 c）输入、输出电路应尽可能地采用差分方式，以减少共模噪声。 d）尽量降低电路中的阻抗，以减小电位差。

2.1.3 抑制电磁感应

a）电子产品之间、机柜之间的接地线应加粗，且信号线与接地线应始终保持平行。 b）重点保护的电路，特别是微弱信号电路，应尽可能地远离有放电感应电流的部位，且应用高导磁率材料屏蔽起来。 c）信号回路的环流面积应尽量地缩小。

2.2 电子产品静电防护的基本途径

静电的控制技术是在静电电荷积聚不可避免的情况下，采取综合措施将静电危害控制在允许的范围内。 a）工艺控制法

其目的是在生产过程中尽量少地产生静电荷。对工艺流程中材料的选择、设备安装、操作管理等过程应采取预防措施，控制静电的产生和电荷的聚集，抑制静电电位和放电能量，使危害降到最小程度。 b）静电屏蔽法

采用接地的屏蔽罩把带电体与其它物体隔离开，这样带电体的电场将不影响周围其它物体，这种屏蔽方法叫内场屏蔽。有时也用接地的屏蔽罩把被隔离物体包围起来使被隔离物免受外界电场的影响，这种屏蔽方法叫外场屏蔽。 c）复合中和法及其它

通过采用复合中和法来达到消除静电荷的目的。通常用静电消除器产生的异性离子来中和带电体的电荷，并有可能使带电物体表面光滑以及周围环境更加清洁，从而减少尖端放电的可能性。

3 电子产品静电防护技术

3.1 防静电包装

电子产品从制造完成到投入使用过程，如装卸、存储、运输等过程都不可避免地会产生静电，为了更有效地保护好电子产品，所依赖的唯一防护手段是包装。因此，静电防护包装是电子产品静电防护中的重要环节。产品包装要符合静电防护性能的要求，通常产品包装袋要达到以下 3 点要求：

1）低起电率；

2）对静电场和静电放电进行有效的屏蔽；

3）防止被包装产品与带电的物体或带电的人体直接接触，从而避免对产品的静电放电。防护包装材料的静电性能要求如下： a）低起电率

控制摩擦起电是实施静电放电控制的最根本的途径之一，也可以说是最理想的方法。减弱摩擦生电的途径有以下几种： 1）减少包装和被包装产品之间的相对运动来减少电荷的产生；

2）增加对包装材料上所起电荷的泄露，这样可以降低产品（设备或器件）上存留的电荷量（这可以通过降低包装材料产品之间的电阻来实现）；

3）近似材料之间产生的电荷比非近似材料之间产生的电荷要少（可以在包装材料的内侧和产品上涂上相同的物质来减少静电电荷的产生）。

b）适当的电阻率

电阻率是静电防护材料的一个重要指标，它决定着物体上静电电荷对地泄露的速度。对于静电防护材料（包括静电导体材料和静电耗散材料），电阻率越低，则静电荷的泄露或分布的速度也就越快，因而静电的积累将越少。但是，防护包装材料的电阻率太低时，如果带电物体的电压足够高，那么当包装容器与它靠近时将会产生放电火花和出现大的电流，若电流通过敏感元器件将造成失效。所以，关于防护包装材料的电阻率的选择，既要考虑使其不会产生足够高的感应电压，又要考虑使其不能发生火花放电，只能折衷地选择。 c）电荷衰减能力

衰减时间是表征材料静电防护能力的一个参数，因此，工程上往往以衰减时间的长短作为包装防护材料性能的一种量度。 d）一定的屏蔽能力

把静电敏感电子产品围在导体材料之内，可以屏蔽静电场或静电放电火花感应的电磁脉冲，以使外界电磁场达到理想的衰减。电磁屏蔽的基本原理

表 2 可剥性导电塑料的配方

主要是利用电磁波在屏蔽界面上的反射损耗和屏蔽层内部的吸收损耗来衰减传输能量，所以，材料的电导率和磁导率的乘积越大则其屏蔽性能越好。可剥性防锈塑料封存剂主要要求为防静电屏蔽性好、膜层抗张强度高、耐磨性好、可剥性好、贮藏稳定。为了获得理想的膜层，必须使成膜材料在溶剂中的溶解度和溶剂的挥发速度有机地配合。以乙基纤维素为主膜，如以季戊四醇松香树脂甘油三松香脂为辅助成膜剂，以导电碳素纤维为防静电屏蔽和强度增强材料，制成可剥性导电塑料包装封存剂。其配方组成如表 2 所示。

3.2 空气加湿

由于水分子具有强极性和高电容率，以及溶解在水中的杂质（如 CO 2）的作用，可以大大降低电子产品的表面电阻率，显著改善其表面导电性能，这样可以较迅速地将电荷导走。空气加湿可以加快这种速度，从而达到消除静电危害的目的。加湿方法一般有两种： a）在工艺处理的场所制造的一个人造小气候环境，使局部空间的相对湿度人为地提高到所需要的水平。通常要使用恒温恒湿调节器、加湿器等设备，成本高、费用大；在工艺条件允许的情况下，可以通过喷入水蒸气或洒水、挂湿布等手段，使场所整体的相对湿度提高，而且简便又比较经济，缺点是不能准确地控制相对湿度。

b）局部加湿，即仅仅在某物体表面形成高湿度，以消除静电危害。这种加湿的装置叫做高湿度空气静电消除器。

3.3 静电接地

静电接地是增加静电泄露的方式之一。它能及时地将电子产品产生的静电通过接地线导走，避免了静电对产品的危害。虽然不能限制静电荷的发生，但能使已产生的静电荷有效地泄漏，从而有效地消除静电放电发生的条件。为了防止静电放电对电子产品产生的损害，确保电子产品的静电安全，对电子产品建立静电防护系统是必不可少的。对静电防护接地系统的设计有 3 个要素： 1）接地方式的选择；

2）接地连接的实施方法；

3）静电泄漏电阻与静电接地电阻大小的确定。

3 个要素的设计，既要保证在较短的时间内（如 0.11 s）把静电荷泄漏到安全水平（如 100 V），又要保证静电放电时流经人体的电流 <5 mA。通常，接地方式可以有直接和间接两种方式。而接地连接的实施方法和电阻的确定可以通过具体的环境和条件作出具体的选择。

3 结束语

目前，静电对电子产品危害的机理在有些方面尚不十分清楚，还必须进行电子产品静电防护的理论研究，用理论有效地指导实践。研究新的静电防护技术是今后努力的方向。

参考文献：

[1] 刘尚合，武占成.静电放电及危害防护 [M].北京：北京邮电大学出版社，2004.

[2] 陈军.舰载电子产品静电危害及其防护 [J].雷达与对抗，2001，（ 1）：30- 34.