防静电信息工程中的静电防护

日期:2013-03-06 10:28

随着我国信息产业的高速发展,信息工程已渗透到邮电通信、广播电视、金融、交通、航空航天、国防、能源、气象、商业、办公自动化等各个领域。在信息工程中静电放电(ESD-Electro static discharge)对敏感电子元件的损伤,影响了工程的可靠性,从而给信息工程提出了新的课题――静电防护。国家对此十分重视,近年来制订了控制静电危害的各类标准,其中有GB50174-93强制性标准。
一、防静信息工程中静电危害及故障特点

    在信息工程中大规模、超大规模集成电路大量应用于各类整机,如:大、中、小型计算机主机及终端设备、程控电话交换设备、移动通信设备、卫星通信设备、数据传输设备、广播发射接收设备、自动控制设备等。因使用的微电子元器件高密度、大容量、小型化和超小型化,对静电特别敏感。静电放电可使敏感器件损坏造成击穿或半击穿;计算机误动作或运算错误,穿孔机穿孔不良,打印机走纸堵塞;使交换设备用户板、中继板、控制板出现故障引起通讯杂音或通讯中断;使广播接收设备图象不清;使自动控制设备失控;也可引起运载火箭发射故障。静电造成的故障特点如下:

     +静电故障与环境湿度有关。出现的季节:在南方主要是冬春干燥季节,湿度有时在20-30%;在西北方地区,四季都有可能出现。
     +静电引起的故障偶发性多,重复性不强,一般是随机性故障。因此,难于找出其诱发原因。
     +静电与设备安装环境,采用的地面材料,终端设备的工作台及工作人员的工作服、鞋有关。
     +静电致使计算机误动作时,往往是人体或其它绝缘体与计算机设备触时发生。
     +静电使交换设备出现故障是在清洁检修时由于人体步行带电,用手触摸电路板放电将板损伤。
     +静电力学作用使灰尘粘附,污染产品和使用环境;使产品质量下降,设备使用寿命降低。

二、信息工程中生产和使用环境防静电措施

    根据国家有关标准如计算机场地技术要求GB2887-82,电子计算机机房设计规范GB50174-93及机房施工规范等标准的要求,积多年施工中反映的问题,笔者认为信息工程中应注意以下几点:

1.正确进行防静电环境设计

信息工程中生产环境防静电设计是消除静电危害最主要的措施之一,是非常关键的问题。例如:某集成电路厂基建投资几千万,因防静电措施在设计上未作考虑而造成工程返工;某程控电话生产工厂,投资很大,因防静电措施未采用,而造成整机质量下降。故信息工程中环境设计不伦新厂基建还是老厂改造,都应作为一重要问题,把它列入工程项目的内容,从工艺设备、空调、内装修设计中采取措施。分别对微电子工厂、整机厂、各类计算机房、程控电话机房、智能大厦、通迅机房采取不同的防静电措施,设计的依据如下:

     +确定微电子器件绝缘膜耐静电击穿电压。
     +确定整机选用的敏感器件耐静电击穿电压。
     +确定工程中选用的设备耐静电性能。

2.正确选用防静电地面材料。

    一个较好的防静电生产环境,地面显得特别重要,选择时要考虑到防静电地板的系统电阻值上下限,既要有导静电性能,又要保证操作人员的安全,在施工前应测定地板材料的表面电阻和体积电阻。在施工完成后和使用阶段,还要定期监测。在八五期间,国内主要使用的第一代地面材料有橡胶、PVC塑料等防静电制品,因存在老化、收缩、不耐磨及抗污能力差(导电碳黑脱落)、防火性能不佳(自熄)的缺陷,第二代产品有聚氨脂、三聚氰氨地面材料,抗老化、耐磨、抗污能力、耐火性能有所提高,但有些性能仍欠佳。目前国内最新防静电地面材料为防静电瓷质地板,该材料较第一、二代产品有新的突破,在生产中将无机高温导电材料掺入瓷层内部进行物理改性,从而达到导静电性能,加之又是经过1360℃高温烧制而成,故抗静电性能稳定、耐久、几何尺寸精度高,具有耐磨、耐腐、耐老化、防火抗压、强度高等特点。其各类技术指标大大超过PVC塑料、橡胶、聚氨脂、三聚氰氨类防静电制品的性能。

    除了在生产环境直接铺设防静电地面材料外,在计算机机房和程控电话内电缆走线较多和下部送风冷却设备,故采用防静电活动地板。据几个大型机房的测试,一些机房地面统电阻值在1012Ω以上,成了静电的发生源,故在机房选用活动地板时要考虑地板的各项技术指标:

(1)能否满足整机防静电要求,抗静电能否持久,确保系统电阻值在107-1010Ω范围内;
(2)机械性能是否符合国家标准;
(3)能否满足机器维修方面的要求;
(4)能否满足设备扩容及更新换代的要求;
(5)是否合理。活动地板要处理好地线问题,保证接地良好,严格施工管理,铺设完成后应测定各项静电参数。

3.采用防静电涂料

    凡有要求静电防护的场地,内装修材料必须是防静电的。内墙和顶棚表面应使用防静电防火墙板或喷涂导静电环氧涂料,该涂料具有耐老化、防火、防水性能,表面电阻在107-1010Ω范围。我们在承建洁净厂房中普遍使用该材料,效果很好。经测定摩擦起电电压为零,其它性能亦符合标准。送风管道和送风口应使用导电三聚氰氨材料,避免空气流动时产生静电积聚。(洁净厂房防静系统电工程见图一)

4.配套设施

    在生产车间和通信设备使用的机房要有相应的配套设施,构成一个静电泄放的通路。

   +将终端设备放在防静电工作台上,由工作台和静电接地系统相连。如果是普通工作台则应在台上放防静电工作台垫。
   +若地面不是防静电地面,则应在地面放防一电地垫,由地垫和静电接地相连。
   +生产车间使用的传送带必须用导电橡胶或金属带制作。
   +生产车间放置敏感器件的台架和周转箱及运送器件的手推车车轮,必须用导电塑料和导电橡胶制作。
   +工作椅、窗帘布应使用防静电、阻燃的织物制作,以免引起静电积聚而产生放电。
   +存放电路板时应用防静电屏蔽进行包装。
   +在车间入口处应设置人体系统电阻值检测仪。
   +根据需要对一些绝缘体物品和设备,使用抗静电剂和离子风消电器来消除纸带及作台上的静电。静电安全工作台见图(二)

5.控制车间和使用场地环境的温湿

    环境的湿度和产生静电的关系极为密切。如在冬春季节和北方干燥地区,静电是高峰期,应按国际规定温度控制在18-28℃范围,湿度控制在于40%-70%范围内。因此在进行空调设备选型时,应考虑到恒温恒湿的可靠性,使相对湿度保证在规定范围之内(相对湿度和静电的关系见图三)

6.人体性防静电着装

    人体因步行和移动带电有时高达2-10KV,要通过腕带和脚带及穿防静电衣服、鞋、袜手套才能泄放静电,如在净化车间,要使用防静电的洁净衣、鞋。设备检修人员在现场应使用防静电维修包。

7.良好的接地系统

    接地的目的是增快静电泄漏和导流,使带电物体的静电荷得以顺利泄出和迅速导走,以避免静电积聚。

    +接地电阻应在100Ω以下。
    +静电防护系统接地与保护系统接地不能串在一起。
    +接地用的导体必须有足够的机械强度,耐腐蚀性。
    +固定设备用导线应是1.25平方毫米以上的多股可挠的编织电线。

三、对静电防护措施的几点建议

1.在信息工程中的生产场地和使用场地新建和改建项目,不仅要完善土建设计,而且要按国标规定对静电防护进行设计。
2.要加强防静电工程材料和配套产品的研究和开发,应用到工程中的产品必须有国家级检测部门认可才能使用。产品标准要和国外同类产品逐步接轨,按国标进行生产。
3.要建立一套施工管理程序。加强施工管理,确保工程质量,工程完工后要进行防静电测定,峻工验收后每年最少要进行监测。
4.新建生产厂房和使用场地应考虑到新技术发展,要留有余地,以满足更高的防静电要求。

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