蔡華斌，張 翔

（中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京100081）

靜電是對觀測者處于相對靜止的電荷，可由物質(zhì)的接觸分離、靜電感應(yīng)、介質(zhì)極化和帶電微粒的附著等物理過程而產(chǎn)生［1］。不同物質(zhì)間的接觸、分離或相互摩擦，都可產(chǎn)生靜電。如在生產(chǎn)過程中的擠壓、切割、搬運(yùn)、攪拌和過濾以及生產(chǎn)過程中操作人員的活動如起立、行走等，都會產(chǎn)生靜電?？梢?，靜電伴隨著生產(chǎn)的全過程。我們的身上和周圍就帶有很高的靜電電壓，這些靜電一般對人體危害不大，但對于一些靜電敏感元器件，卻直接可以使器件性能降低、甚至損壞，嚴(yán)重影響到了電子產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命、可靠性和使用的經(jīng)濟(jì)性。這樣靜電防護(hù)就變得非常重要了。

中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所永豐科技創(chuàng)新基地承擔(dān)著動車組牽引變流器、輔助變流器、TCU、CCU等電氣電子產(chǎn)品的組裝生產(chǎn)和測試任務(wù)，既有強(qiáng)電和弱電結(jié)合工作的電氣產(chǎn)品的組裝測試，也有純?nèi)蹼姽ぷ鞯碾娮赢a(chǎn)品的組裝測試，需要進(jìn)行元器件和板卡的檢驗(yàn)、插裝、調(diào)試、試驗(yàn)、包裝、儲存、發(fā)送、檢修等工序過程，由于生產(chǎn)過程中的接觸、分離、感應(yīng)，都可能使操作人員、生產(chǎn)工具及包裝材料等產(chǎn)生靜電，可能對產(chǎn)品造成靜電放電危害。結(jié)合鐵路電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的靜電防護(hù)經(jīng)驗(yàn)，介紹了在運(yùn)輸、組裝、測試、包裝、倉儲等環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的靜電及其危害，提出了從配備人體靜電防護(hù)用品、提供靜電防護(hù)設(shè)施與裝備、控制環(huán)境溫濕度、制定靜電管理制度4個方面來落實(shí)靜電防護(hù)措施的方法。

1 電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生靜電的因素

1.1 傳送與運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的靜電

在生產(chǎn)的整個環(huán)節(jié)中，每一個環(huán)節(jié)都可能遭遇靜電放電的危害，其中靜電敏感器件在傳送和運(yùn)輸過程中受到的靜電放電危害尤其應(yīng)引起注意。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可能涉及到生產(chǎn)工序的轉(zhuǎn)換，在由一個工序轉(zhuǎn)換到另一個工序的過程中，如果是在不同的區(qū)域之間轉(zhuǎn)換，中途即使是經(jīng)過很短的非靜電保護(hù)區(qū)，被傳輸?shù)撵o電敏感器件必須做好相應(yīng)的防護(hù)，這是生產(chǎn)過程中很容易忽視的一點(diǎn)，另外，運(yùn)輸過程中必須采用防靜電包裝，且防靜電包裝必須完好，防止運(yùn)輸過程中所經(jīng)受的振動、包裝材料之間的摩擦以及包裝材料和元器件之間的摩擦產(chǎn)生靜電以及整個包裝暴露在外電場（如經(jīng)過高壓設(shè)備附近等）的情況下可能造成的感應(yīng)靜電。

1.2 組裝與測試過程中產(chǎn)生的靜電

在組裝操作過程中，操作人員需要對元器件進(jìn)行插拔、組裝操作，由于接觸和分離、感應(yīng)等作用，都可能使操作人員、工作臺面、元器件等產(chǎn)生靜電，隨時可能對產(chǎn)品造成靜電放電危害。

在測試過程中，操作員需要進(jìn)行測試準(zhǔn)備及操作，人體和衣服都有可能與被測產(chǎn)品及元器件接觸，由于人是生產(chǎn)活動的主體，由人體產(chǎn)生的靜電，往往是靜電放電事故的主要原因。人體靜電的危害，首先是對人體的電擊，人體對靜電導(dǎo)體放電或者帶電物體通過人體放電時，靜電放電電位在2kV時，手指外側(cè)即有感覺，并伴隨發(fā)出微弱的放電聲，靜電電擊不是電流持續(xù)的流過人體，其放電能量是有限的，一般無害于健康，但是試驗(yàn)過程中突發(fā)的電擊感覺和擔(dān)憂可能引起恐慌反應(yīng)而造成事故。

1.3 包裝與倉儲過程中產(chǎn)生的靜電

包裝過程中的操作人員與元器件、包裝材料的接觸和分離也會產(chǎn)生靜電，在倉儲過程中操作人員對元器件的搬運(yùn)、存儲、擺放、堆碼等操作也會產(chǎn)生靜電。對倉儲而言，許多商品及包裝物都具備了產(chǎn)生靜電的條件，同時在倉儲作業(yè)中離不開堆碼、搬運(yùn)等操作，因此不同物品之間、物品與操作員之間都可能因摩擦而產(chǎn)生靜電。

2 靜電放電的特點(diǎn)與危害

2.1 靜電放電的特點(diǎn)

靜電放電產(chǎn)生短暫的瞬間放電電流和相應(yīng)的強(qiáng)電磁場，可引起運(yùn)行電子設(shè)備的誤動作，甚至內(nèi)部元器件的損壞，導(dǎo)致設(shè)備功能喪失。人體所帶靜電電壓與電擊程度的關(guān)系如表1所示，當(dāng)人體靜電電壓不超過1.0 kV時，靜電放電時人完全無感覺，但是卻能使電子設(shè)備中的元器件受到損傷，如MOSFET器件的耐靜電電壓為100～200V，完全有可能在人沒有任何察覺的情況下導(dǎo)致器件損壞。所以，靜電放電對電子器件和設(shè)備的損傷，是在人們不知不覺的過程中發(fā)生的，隱蔽性是電子產(chǎn)品靜電放電的最重要特點(diǎn)。靜電對器件的損壞分顯性和隱性兩種，顯性損壞就是器件功能全部喪失，有些器件受靜電損傷后，雖然其電參數(shù)仍能符合要求，但靜電放電已導(dǎo)致器件性能劣化，雖然只表現(xiàn)出特性稍有下降，如不進(jìn)行全面測試就很難發(fā)現(xiàn)，這種就是隱性損壞。隱性損壞器件本身已留有隱患，在過壓、高溫等特定條件下，會導(dǎo)致器件失效，而且難以判斷這是在何時何地何種情況下遭受靜電放電造成的。

表1 人體所帶靜電電壓與電擊程度的關(guān)系

2.2 靜電放電的危害

靜電對電子產(chǎn)品的破壞主要表現(xiàn)在以下4個方面：①靜電吸附灰塵，降低元器件絕緣阻抗，導(dǎo)致元器件的使用壽命縮短。②靜電放電感應(yīng)出過高電壓導(dǎo)致器件絕緣擊穿，使元器件受損或者完全喪失功能。③靜電放電電流產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致設(shè)備的熱損壞。④靜電放電產(chǎn)生輻射很大、頻譜極寬的電磁場使元器件受電磁干擾而損壞。其中絕緣擊穿和熱損壞可能在同一個器件上發(fā)生，例如絕緣擊穿可能激發(fā)大的電流，這又進(jìn)一步導(dǎo)致元器件熱損壞。由靜電放電產(chǎn)生的元器件擊穿損壞是電子行業(yè)中最嚴(yán)重的靜電危害。

3 電氣與電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的靜電防護(hù)

3.1 靜電防護(hù)的基本原則與方法

靜電防護(hù)應(yīng)以防止和抑制靜電荷的產(chǎn)生、積聚，并迅速安全、有效地消除已產(chǎn)生的靜電荷為基本原則。靜電防護(hù)的方法主要是接地、靜電泄放、屏蔽、中和、增濕等，通過人體靜電防護(hù)用品的使用，如配備防靜電服和鞋，防靜電設(shè)施和裝備的使用，如鋪設(shè)防靜電地板、使用防靜電周轉(zhuǎn)車、包裝箱等，可使人體形成完整的靜電泄放通道，避免靜電聚集，通過對環(huán)境溫度濕度的控制可有效減少產(chǎn)生的靜電荷，制定靜電管理制度來確保靜電防護(hù)用品、設(shè)施、裝備達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求，因此，靜電防護(hù)應(yīng)從配備人體靜電防護(hù)用品、提供防靜電設(shè)施和裝備、控制環(huán)境的溫濕度、制定靜電管理制度4個方面來同時采取措施。

3.2 配備人體靜電防護(hù)用品

人體靜電防護(hù)系統(tǒng)主要由防靜電工作服、防靜電工作鞋、防靜電手腕帶、工作帽、手套等組成，使用中必須確保手腕帶與靜電接地系統(tǒng)有效連接，與靜電防護(hù)設(shè)施和裝備一起，使人體產(chǎn)生的靜電荷具有完整的消除通道。

3.3 提供靜電防護(hù)設(shè)施和裝備

3.3.1 防靜電地板

一般防靜電地板（地坪）宜采用靜電耗散材料制作，地板內(nèi)應(yīng)設(shè)置接地網(wǎng)絡(luò)并接地良好。對于接觸靜電敏感度在－100～100V之間的靜電放電敏感器件的EPA區(qū)域，地板應(yīng)使用導(dǎo)靜電材料，使用導(dǎo)靜電材料（包括金屬材料）時，環(huán)境電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和設(shè)置必須符合人身安全的有關(guān)規(guī)定。

鋪設(shè)防靜電地板，與防靜電服、鞋等人體靜電防護(hù)用品配合使用，使人體已經(jīng)產(chǎn)生的靜電通過防靜電地板迅速釋放，防止靜電聚集，防靜電地板是消除靜電的重要基礎(chǔ)設(shè)施，不僅可以為人體釋放靜電，同時，也為其他設(shè)備、器件上靜電的釋放提供了通路。

3.3.2 防靜電工作臺、周轉(zhuǎn)車、座椅

防靜電工作臺的臺面需要使用導(dǎo)靜電或靜電耗散材料制成，并采取軟接地，EPA區(qū)域內(nèi)不宜將防靜電地板表面作為防靜電工作臺接地連接線。周轉(zhuǎn)車和座椅的支腳或腳輪用靜電耗散（導(dǎo)靜電）材料制作，座椅表面用靜電耗散材料制作并與腳輪構(gòu)成電氣連接。

3.3.3 靜電接地系統(tǒng)

防靜電接地應(yīng)和保護(hù)接地、交流工作接地、直流工作接地、屏蔽接地、EPA內(nèi)的所有金屬導(dǎo)體共用一個接地體，EPA內(nèi)不允許存在對接地系統(tǒng)絕緣的孤立導(dǎo)體，EPA內(nèi)每個防靜電裝備的接地線應(yīng)該獨(dú)立與接地系統(tǒng)連接，不允許多個防靜電裝備串聯(lián)接地。

靜電接地的目的是加快靜電泄漏和導(dǎo)流，使帶電物體的靜電荷得以順利釋放，以避免靜電積聚。靜電接地有直接接地和間接接地之分，前者是采用金屬導(dǎo)體接地，用來釋放金屬導(dǎo)體上的靜電荷；后者是采用靜電耗散材料接地，是通過非金屬導(dǎo)電材料或防靜電材料使物體接地的一種方式。防靜電接地系統(tǒng)應(yīng)該具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性，防靜電接地地線最小截面積不小于2mm2，接地母線最小截面積不小于10mm2，防靜電工具、裝置等接地端子可以使用電氣連接可靠、易于拆裝的夾式連接器。

3.3.4 防靜電包裝

用適當(dāng)?shù)姆漓o電屏蔽包裝方法和材料來處理靜電敏感器件的包裝和運(yùn)輸，有效屏蔽電荷侵入產(chǎn)品和減少產(chǎn)品在包裝箱中移動而產(chǎn)生靜電荷。

直接或者間接接觸靜電放電敏感器件的操作均應(yīng)該在EPA區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，在EPA之外，靜電放電敏感器件必須進(jìn)行防靜電包裝予以保護(hù)，不允許暴露在防靜電包裝之外。

3.3.5 電離系統(tǒng)

當(dāng)依靠接地措施無法消除EPA內(nèi)絕緣體、設(shè)備、工具和各種操作產(chǎn)生的靜電時，可使用電離系統(tǒng)（離子靜電消除器等）提供靜電中和來消除靜電，或者采取靜電屏蔽、隔離措施。

3.4 控制環(huán)境的溫濕度

在有限的生產(chǎn)區(qū)域中，對于含有相同水分的空氣，熱空氣能吸收更多的濕氣，這樣它的相對濕度就更低 ，即在同一個大環(huán)境中，溫度較高的區(qū)域會比溫度低的區(qū)域相對濕度小，空氣更干燥，更容易產(chǎn)生靜電，因此在控制濕度的同時也要控制環(huán)境溫度，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，環(huán)境溫度、濕度對靜電的影響非常明顯，一般EPA內(nèi)應(yīng)該設(shè)置溫度調(diào)節(jié)裝置，維持室溫在16～28℃，使溫度變化率小于5℃／h，EPA內(nèi)應(yīng)裝濕度調(diào)節(jié)裝置，控制室內(nèi)相對濕度在45%～75%的范圍內(nèi)。

3.5 EPA內(nèi)的防靜電用品、設(shè)施、裝備的技術(shù)指標(biāo)

為了達(dá)到靜電防護(hù)的目的，根據(jù)GJB 3007A－2009防靜電工作區(qū)技術(shù)要求，EPA區(qū)域內(nèi)的相關(guān)防靜電用品、設(shè)施、裝備必須執(zhí)行表2的技術(shù)指標(biāo)。

表2 EPA區(qū)域內(nèi)的技術(shù)指標(biāo)

3.6 制定靜電防護(hù)管理制度

總體來說，落實(shí)好靜電防護(hù)措施，必須制定靜電防護(hù)管理制度，并嚴(yán)格按照表2落實(shí)EPA區(qū)域內(nèi)防靜電用品、設(shè)施、裝備的技術(shù)指標(biāo)要求。

（1）根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，制定企業(yè)的靜電防護(hù)制度，從人體防靜電用品、防靜電設(shè)施與裝備、環(huán)境溫度濕度控制方面進(jìn)行落實(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行靜電防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并做好防靜電檢測和記錄。

（2）定期對防靜電用品、設(shè)施和裝備的性能進(jìn)行檢查。

（3）建立防靜電知識培訓(xùn)制度，應(yīng)將防靜電知識、措施作為崗前培訓(xùn)的重要內(nèi)容，培養(yǎng)員工自覺遵守和執(zhí)行防靜電制度和規(guī)定的素質(zhì)。

4 結(jié)束語

靜電防護(hù)工作是一項(xiàng)需要長期堅(jiān)持的系統(tǒng)工程，涉及到運(yùn)輸、檢驗(yàn)、庫存、組裝、試驗(yàn)、包裝、返修等各環(huán)節(jié)，任何環(huán)節(jié)的失誤或疏漏，都可能導(dǎo)致靜電防護(hù)工作的失敗，但只要充分認(rèn)識到靜電防護(hù)的必要性，深入分析靜電和靜電放電產(chǎn)生的機(jī)理，并采取正確地防護(hù)措施，制定切實(shí)可行的靜電防護(hù)管理制度，各方積極參與，把靜電控制看成是質(zhì)量保證體系的重要組成部分，掌握正確的防靜電管理知識，才能將靜電放電帶來的危害減小到最低限度。貫徹整體靜電防護(hù)思想，切實(shí)加強(qiáng)靜電防護(hù)管理對于提高鐵路電氣、電子產(chǎn)品品質(zhì)與質(zhì)量具有重要意義。

［1］GB／T 15463－2008，靜電安全術(shù)語［S］.

［2］吳宗漢.基礎(chǔ)靜電學(xué)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2010.

［3］劉尚合.靜電放電及危害防護(hù)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2004.

［4］SJ／T 10533－1994，電子設(shè)備制造與防靜電要求［S］.

［5］GJB 3007A－2009，防靜電工作區(qū)技術(shù)要求［S］.