机载设备自动测试车间静电的产生与防护

2011-02-14王玉峰邵旭东刘锦涛

装备制造技术 2011年5期

王玉峰，邵旭东，刘锦涛

（1.海军航空工程学院青岛分院，山东青岛266041；2.解放军91599部队，山东青岛266041）

随着电子技术、计算机控制技术的发展和进步，大规模集成电路在机载电子设备中得到了广泛的应用，使机载电子设备呈现出小型化、数字化、功能化以及总线化的特点，这给机载电子设备的维护、维修带来困难。但随着GPIB、VXI、PXI以及LXI等各种程控总线技术的日益完善，采用计算机控制技术研制的自动测试设备（Automatic Test Equipment）可以较好地解决这一问题。因此，在自动测试设备（简称ATE）机载设备的维护、维修工作中得到了广泛应用。

在机载电子设备的自动检测车间（ATE车间）中，无论是机载设备，还是各种检查仪器，均大量使用了各种高密度的集成芯片，这些集成电路、集成芯片具有点间距小、传输导线细、运算速度快、输入阻抗高以及集成度高等特点，极易受到静电影响，机载设备在检测、维修、运输和储存等过程中，均可能产生静电放电，使其损坏，造成巨大损失。

本文根据机载电子设备的自动检测车间工作特点，本着维修人员、ATE测试设备和机载电子设备安全的目的，在分析了静电产生原因及特点、静电放电途径及危害的基础上，提出来机载电子设备ATE车间的静电防护的有效措施。

1 静电产生的机理及特点

静电是一种客观的自然现象，是由于物质的正、负电荷在局部范围内失去平衡而引起的结果。由于物质的性质（如固态、液态和气态）不同，静电产生的机理差异较大，其中金属固态起电的理论较为成熟，其静电起电与固态金属的功函数有关，功函数越小，固态金属越容易起电。在固态金属的起电方式较多，如摩擦、剥离、感应、破裂、电解、压电、热电等，其中摩擦、剥离和感应是主要的三种金属固态的起电形式。

静电产生过程，可以简单归纳为：接触→电荷转移→形成偶电层→分离。设备或人体上的静电，最高可达数万伏以至数十万伏,在正常条件下也常达数百至数千伏。

影响静电产生的环境因素，主要有温度、湿度、气压等。实验表明，当空气的相对湿度达到80%以上时，任何物体所带静电电量都很小，而当空气相对湿度低于30%，并且温度较低时，物体因静电起电的电量就会较大。

2 静电的危害

静电放电（ESD）就是带电体产生的场强大于周围介质的绝缘击穿场强时，介质产生电离，而使带电体上的静电荷部分或全部消失的现象。静电放电具有高电位、低电量、小电流和作用时间短的特点。

ESD是一个极其复杂的过程，在这个过程中，同时会有强电磁场效应、热效应、力学效应以及会对人体产生电击效应等多种效应，并伴有火花的产生，因此会对工业生产和日常生活产生危害。

如在工业生产过程中，由于静电原因会使产品的品质下降、造成火灾、爆炸；在电子行业中，由于静电放电，可以改变半导体器件的电性能，使其降级或损坏；特别是随着电子产品体积的小型化和运算速度的高速化，电子器件对静电的敏感度越来越高，并且ESD具有普遍性、随机性和隐蔽性的特点，在电子元件的制造、储存、转移和使用过程中，常常会发生ESD现象。

虽然人们在静电防护方面处处注意，采取各种各样的静电防护方法，据统计每年还会产生高达数十亿美元损失。如果对周围环境不加以控制，或控制措施不得当，危害就会更大。另外，ESD的过程还会对人体产生电击，给人体造成一定的危害。

要形成静电放电，从而造成静电危害，必须具备3个条件：

（1）产生并积累起足够的静电，形成“静电源”；

（2）在“静电源”的周围，存在着对静电敏感的器件以及电子装置等静电易损物体；

（3）在“静电源”与静电易损物体之间，形成能够能量耦合并且ESD的能量要大于静电易损物体的静电敏感度。

只要具备了上述3个条件，就会发生ESD现象，从而造成危害。

3 ATE车间静电产生分析

机载电子设备的自动检测车间（ATE车间），主要是承担机载电子设备的检查和维修的重要场所。ATE车间中有大量的测试设备、维修工具，如频谱分析仪、微波功率计、无线电综合测试仪以及高频开关、1553总线模拟器等VXI模块，机载电子设备主要有雷达发射机和数字处理机、无线电通信导航设备和惯性导航设备等等。认真做好静电防护，对于保证测试设备的准确性和机载电子设备的安全性，具有非常重要的现实意义。

在机载电子设备ATE车间中，产生静电的过程，主要是在机载设备运输、拆装、储存以及焊接、分解、测试等工艺过程；产生静电的原因、途径，主要是摩擦、感应和传导等；产生静电的主体是机载电子设备、测试仪器、维修工具和车间工作的机务维护人员。

机务维修人员在工作过程中，由于接触－分离、摩擦、碰撞、感应等作用，会使机载的电子设备、操作人员、测试仪器、工具等带静电。

例如，在ATE的阵列接口上安装或拆卸适配器过程中，会有摩擦、接触－分离的过程，会产生ESD的过程；再比如，ATE系统的散热风扇工作时，高速流动的空气与机柜、测试仪器之间的摩擦，同样是一个静电起电的过程。诸如此类的静电起电的过程，在ATE车间大量的存在。在诸多的静电发生源中，机务维护人员作为维修过程中的主体，活动的范围大、活动频率高，与机载设备、测试仪器接触频繁，是ATE车间的主要的ESD危害源。

4 ATE车间静电防护的措施

从上述ATE车间的静电产生的分析可知，机载电子设备的ATE车间主要的静电发生源，是人体、车间地面、工作台面、机载电子设备、ATE设备以及一些易产生静电的工具等。为了有效实施ATE车间的静电防护，应当从静电防护技术和管理两个方面入手，制定静电方法安全操作规程，实施静电防护的技术措施。

4.1 ATE车间的静电安全操作规程

（1）在ATE车间应当识别静电放电敏感器件。凡是含有静电放电敏感器件的设备和放置这种设备的地方，都要做出黄色警告的标志，并将这些标志粘贴在醒目的和维修人员需要操作的部位；工作人员在贴有黄色标志的部位或设备上，需要进行各种操作时，应该按照黄色标志的提示进行。

（2）在修理含有静电放电敏感器件的设备应做到：

所有的操作，要严格地限制在静电安全工作区域内进行；

静电安全工作区域，要有良好的接地系统，工作区域内的地板和工作台面、工作桌椅等均使用防静电产品，

静电安全工作区域内，要配带有良好接地的腕带或脚带，在维修过程中，工作人员必须配带腕带，腕带。

（3）搬运或储存含有静电放电敏感器件的设备时，必须用导电的防尘罩将设备的插头座罩住，以避免手指等触及插脚。未经防静电包装袋包装的静电放电敏感器件，只能在安全工作区域内部传送。静电放电敏感件需要长期存放，或转移出静电安全工作区域以外的地方去时，必须要用特殊制造的防静电包装袋包装起来。

4.2 静电防护的技术措施

依据静电放电的条件，静电防护的技术措施主要集中在两个方面，一是有效控制ATE车间的静电源的静电能量，使其降低至所有的静电敏感器件的损害阀值以下；二是切断静电敏感器件与静电源之间的耦合途径。基于以上两点，提出ATE车间的静电防护的如下技术措施。

（1）建立ATE车间的静电接地系统。静电接地，就是通过金属导体或导静电材料，使带电体与大地在电气上可靠连接，形成静电荷的泄漏，从而防止电荷的积累。静电接地是ATE车间进行静电防护的关键的技术措施之一。原则上静电接地要与防雷接地、电源接地分开，单独铺设，不与防雷接地、电源接地共用一个接地体。ATE车间的静电接地铺设后，车间地面、工作台面、机载电子设备、ATE设备的壳体要与静电接地系统可靠连接；人体的防静电的设备，如防静电的腕带或脚带、防静电鞋以及防静电座椅等，也要与静电接地系统可靠连接。

（2）配备人体静电防护系统。人体静电防护系统，主要由防静电手腕带、脚腕带、工作服、鞋袜、帽、手套等组成，具有静电泄露，中和与屏蔽等功能，具有较好的静电防护的效果。给ATE车间工作人员配备一定数量的人体静电防护设备，可以有效地起到静电防护的作用。为了防止工作人员进出时将静电带入到车间，可以在ATE车间的门口处设置放静电把手，或安装离子风的气幕进行吹淋。

另外，静电的产生与空气的湿度有很大关系。湿度高时，空气中所含有的水分子就多，物体表面吸附的水分子也多，表面的电阻率降低，易于静电荷传递，产生的静电电压必然较低。相反，空气约湿度较低时，同样的活动就会产生较高的静电电压，易发生静电放电，因此，在满足ATE车间环境条件的前提下，控制ATE车间内部的湿度，也能够防静电的效果。