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行业动态

如何科学认识电子装备的静电防护

2018-06-07 点击数:692

各类电子武器装备列装部队后,加速了部队装备的信息化进程,提高了部队的战斗力。但与此同时,有些官兵们对电子装备产生的电磁辐射却存在着一些认识上的误区。听说接力机存在电磁辐射,有的接力机操作员整天愁容满面,久而久之患上了失眠症;有的操作员结婚两年多了,听说电磁辐射影响生育,至今不敢要小孩,打算等退伍以后再说……类似的例子还很多。其实,我们每个人都生活在电磁辐射之中,打电话、看电视都会受到一定的电磁辐射。所以说,人体对一定量的电磁辐射还是能够吸收和抵御的,只要正确认识并施以科学的防范,武器装备的电磁辐射不会对人的身体健康造成危害。 
  事实上, 在人们的日常生活和部队的军事训练中, 经常会遇到静电现象。那么, 静电到底是什么, 它的产生机理以及它有哪些危害, 如何预防和消除这些危害, 是我们必须考虑和解决的问题。

静电是一种电能,它存在于物体表面,是正负电荷在局部失衡时产生的一种现象。静电现象是指电荷在产生与消失过程中所表现出的现象的总称,如摩擦起电就是一种静电现象。 
  一、静电对电子装备形成的危害 
  国防电子工业中静电障害可分为两类:一是由静电引力引起的浮游尘埃的吸附;二是由静电放电引起的介质击穿; 
  1. 静电吸附 
  在半导体元器件的生产制造过程中,由于大量使用了石英及高分子物质制成的器具和材料,其绝缘度很高,在使用过程中一些不可避免的摩擦可造成其表面电荷不断积聚, 且电位愈来愈高。由于静电的力学效应,在这种情况下,很容易使工作场所的浮游尘埃吸附于芯片表面,而很小的尘埃吸附都有可能影响半导体器件的良好性能。所以电子装备的生产必须在清洁环境中操作,并且操作人员、器具及环境必须采取一系列的防静电措施,以防止和降低静电危害的形成。 
  2.介质击穿的分类 
  由静电引起元器件的击穿是电子装备中静电危害的主要方式。在强电场中,随着电场强的增强,电荷不断积累,当达到一定程度时,电介质会失去极化特征而成为导体,产生介质的热损坏现象,这种现象称为电介质的击穿。介质击穿分热击穿、化学击穿和电击穿三种形式。

(1)热击穿介质工作时,当损耗产生的热量大于介质向周围散发的热量时,介质的温度迅速升高,导电随之增加,直至介质的热损坏。可见热击穿的核心问题是散热问题。所以热设计是武器设计的重要环节之一。

(2)化学击穿。在高压下,强电场会在介质表面或内部的缺陷小孔附近产生局部空气碰撞电离,引起介质电辉,生成化学物质--臭氧和二氧化碳,使绝缘性能降低,致使介质损坏。

(3)电击穿。电击穿是介质在强电场作用下, 被击发出自由电子而引起的。自由电子随电场强度的增加而急剧增加,从而破坏介质的绝缘性能。可见电击穿的本质是电荷积聚所致, 
因而防止电荷积聚就可防止电击穿。一般把击穿的临界电压称为击穿电压, 临界场强称为击穿场强。例如: E空气 = 3 kV/m, MOS管结构的E栅氧化摸 = 1.0×106kV/m。 
  3.静电的击穿与放电 
  (1)静电放电

 静电放电与外加稳定电源产生的放电虽然同为电荷积聚所致,但又有着明显的区别。首先,在静电放电的情况下,起放电电源是空间电荷,因而它所储存的能量是有限的,不像外加电源那样具有持续放电的能力,故它仅能提供短暂发生的局部击穿能量。虽然静电放电的能量较小, 但其放电波形很复杂,控制起来也比较麻烦。半导体器件的软击穿就与它有关。 
 (2)静电击穿 由静电击穿引起的元器件击穿损坏是电子国防工业中,特别是电子装备制造中最普遍、最严重的危害。

 静电放电可能造成器件硬击穿或软击穿。硬击穿是性造成器件的性失效,如器件的输出与输入开路或短路。软击穿则可使器件的性能劣化,并使其指标参数降低而造成故障隐患。由于软击穿可使电路时好时坏(指标参数降低所致),且不易被发现,给整机运行和查找故障造成很大麻烦。软击穿时装备仍能带"病"工作,性能未发生根本变化,很可能通过出厂检验,但随时可能造成再次失效。多次软击穿就能造成硬击穿,使电子装备运行不正常,既给部队造成损失,也影响厂家声誉和装备的销售。 
  4.人体静电 
  在工业生产中,引起元器件损坏和对电子装备的正常运行产生干扰的一个主要原因是人体静电放电。人体静电放电既可能造成人体遭电击而降低工作效率,又可能引发二次事故(即器件损坏),因此人体静电应引起足够重视。人体形成静电的原因是人体在军事训练中,把人体所消耗的机械能在活动中转换为电能。人体是一个静电导体,当与大地绝缘时(如穿的鞋底为绝缘物质),人体与大地就形成一个电容,使电荷储存起来,其充电电压一般 ≤50kV。当电荷储积到一定程度时,一旦条件成熟会放电形成火花,瞬时放电电压可达数千千伏,放电功率可达几千千瓦。 
  (1)人体静电的起电方式

 ① 起步电流 ,②摩擦带电及其它带电。此外,当人体靠近带电物体时,也会感应出大小相等、符号相反的电荷以及带电颗粒的吸附,所有这些都是人体产生静电电荷的诱因,进而通过传导和静电感应,最终使人体呈带电状态。

(2)影响人体带电的因素

  ①起电电流。②人体对地电阻。人体电阻分两种:表面电阻和体积电阻。③人体电容。一般指人体对地的电容和人体对周围物体的电容。

(3) 人体放电电击感度

 人体带电放电时,人体会有不同程度的反映,这种反映称为电击感度。当人体受到静电电击时,虽不会发生重大生理障碍,但可能影响人的工作效率,或造成精神紧张和二次破坏等。

 二、应该引起注意的电子装备防静电 
  为什么要防静电?那是由于电子装备的迅速发展,体积小、集成度高的器件得到大规模生产,从而导致导线间距越来越小,绝缘膜越来越薄,致使耐击穿电压也愈来愈低。而电子装备在生产、运输、储存和转运等过程中所产生的静电电压却远远超过其击穿电压阈值,这就可能造成器件的击穿或失效,影响装备的技术指标,降低其性。由此可见,静电是电子行业发展中的一大障碍。所以预防静电必须提到议事日程上来,以确保装备的质量。 
  为使电子器件及装备在购买、入库、发料、检验、储存、调测和安装等过程中免受静电危害,了解静电产生的机理和一些防止静电产生危害的相关知识是非常必要和重要的。 
  由于电磁辐射无色无味无形,可以穿透包括人体在内的多种物质,而且各种电子自动化装备、通讯工具,如雷达站、卫星站、电脑等,只要处于运转状态,其周围就存在电磁辐射。较大能量的电磁辐射对人体的危害主要有:影响心血管系统,表现为心悸、失眠、白细胞减少等;影响视觉系统,表现为视力下降、诱发白内障等;影响人体的循环系统、免疫力和代谢功能。 
  电磁波对人体产生的危害,大部分是由于当事人缺乏相关知识造成的。武器装备生产出厂时,它的辐射频率、辐射范围和操作程序都有明确规定,一般情况下,只要操作人员严格按照规程操作,就能把电磁辐射减少到人体能够承受的限度。在使用新装备过程中,怎样才能降低或避免电磁对人体产生的过量辐射呢?常见的办法有以下几种: 
  (1)用防护装备屏蔽辐射。许多物质具有很好的阻挡和吸收射线的功能,在不影响装备操作的情况下,在人和辐射源之间用这些物质做成隔离体,可以起到很好的防护作用。如给长期与电台、雷达站等有关装备打交道的官兵,以及医务、科研战线上因工作需要必须与辐射源打交道的人员,及时配发针对电磁辐射的屏蔽防护服,将电磁辐射限度地阻挡在身体之外;给雷达、卫星车等有显示屏的电器装备安装电磁辐射保护屏;给操作员配戴防辐射眼镜,防止屏幕辐射出的电磁波直接作用于人体等等,从而可以实现有效屏蔽。 
  (2)通过科学组织训练减小辐射。条件有限的单位,无法屏蔽防护时,可以采用远距离或短时间训练来防护。一般来讲,雷达车、接力车、通信干扰车等装备,应该严格按教材规定执行,如需要长时间使用时,应注意每间隔一段时间换班或休息一会儿,以减轻操作员所受辐射的影响。当装备暂停使用时,关闭电源而不要处于待机状态。 
  (3)尽量减少辐射源的辐射强度。训练时,对训练装备进行合理搭配,尤其不要把通信车、卫星车、接力车等一些易产生电磁波的装备近距离集中在一起训练。另外,训练时尽量把装备功率挡调到能训练的挡位,避免人为加大辐射强度。 
  此外, 为防止静电积累所引起的人身电击、火灾和爆炸、电子器件失效和损坏,以及对生产的不良影响而采取的防范措施。其防范原则主要是抑制静电的产生,加速静电的泄漏,进行静电中和等。人穿非导电鞋时,由于行走等活动会产生、积蓄电荷,并可达到千伏级的电位。两个不同的物体相互接触时,在其界面上产生电荷移动,正、负电荷相对排列形成双电层。若将物体分离,会在两个物体上各自产生极性不同的等量电荷。防止这种静电的原则是:对产生静电的主要因素(物体的特性、表面状态、带电历史、接触面积和压力、分离速度等)尽量予以排除;使相互接触的物体在带电序列中所处的位置尽量接近;使物体间的接触面积和压力要小,温度要低,接触次数要少,分离速度要小,接触状态不要急剧变化等。粉体、液体、气体在运输过程中由于摩擦会产生静电。因此,要采取限制流速、减少管道的弯曲。增大直径、避免振动等措施。 
  静电防护除降低速度、压力、减少摩擦及接触频率,选用适当材料及形状,增大电导率等抑制措施外,还可采取下列措施:①接地。②搭接(或跨接)。③屏蔽。④对几乎不能泄漏静电的绝缘体用抗静电剂以增大电导率,使静电易于泄漏。⑤采用喷雾、洒水等方法提高环境湿度,抑制静电的产生。⑥使用静电消除器,进行静电中和。 
  为使电子装备在发运、入库、储存、调测和安装等过程中免受静电危害,了解静电产生的机理和一些防止静电产生危害的相关知识是非常必要和重要的。 
  三、电子装备生产过程中消除静电的途径 
  防静电主要是防止静电放电。控制静电放电要从控制静电的产生和控制静电的消除两方面入手。控制静电的产生主要是控制工艺过程和工艺过程中材料的选择;控制静电的消除主要是加速静电的泄露和中和。这两点共同作用才能使静电电压不超过阈值,以达到静电防护的目的。 
  静电能对静电敏感器件造成障害,但它是可控的,可消除的。为此要讨论生产过程中静电防护系统的工作原理,以及静电的消除和静电的防护方法。 
  1.静电的消除特性要消除静电首先要明确对静电防护的基本思想:

 ① 对有可能产生静电的地方要防止静电荷的聚集。即采取一定的措施避免或减少静电放电的产生。可采用边产生边泄露的办法达到消除电荷聚集的目的。

 ②对已存在的电荷积聚,应迅速地消除掉。当绝缘物体带电时,电荷不能流动,无法进行泄漏,可利用静电消除器产生异性离子来中和静电荷。当带电的物体是导体时,则采用简单的接地泄露办法,使其所带电荷消除。要构成一个完整的静电工作区,至少应包括有效的静电台垫、专用地线和防静电腕带等。 
  2.静电的基本防护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。

①工艺控制法 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、装备安装和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。

② 泄露法 目的是使静电荷通过泄露达到消除。一般采用静电接地使电荷向大地泄露,通常利用增大物体电导的方法使静电泄露。

③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。

④复合中和法及其它 通过复合中和法来达到静电荷的消除。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,从而减少放电的可能性。

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