关于终端设备静电放电防护的探究

林建陈海华胥亮宋林

摘要：静电放电损伤电子元器件，造成电器设备立即或潜在失效，对电子设备的损害较大。本文就轨道交通终端设备维保进行分析，探讨如何进行终端设备的静电放电防护，减少设备故障率，提升客运服务质量。

关键字：终端设备；静电；静电放电防护。

1概述

随着城市轨道交通的快速发展，终端设备系统集成度越来越高，微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂，静电放电已经成为造成电子设备故障的隐患之一。本文主要对终端设备的静电危害和静电放电防护进行探究，讨论如何从静电放电防护上保障终端设备运行稳定性，减少终端设备因静电引发故障,从而降低设备故障率。

2静电放电原理

2.1静电放电原理

静电放电简称ESD，英文为ElectroStaticDischarge，当电荷聚集在某个物体上或表面时就形成了静电。当带静电物体接触零电位物体（接地物体）或与其有电位差的物体时会发生电荷转移，就会产生静电放电现象，较严重的会产生火花和放电声。

2.2静电的产生范围

静电广泛存在自然界，各类物体都可能由于移动、摩擦或感应而产生静电，包括衣服、鞋子、桌面、椅子、地毯、包、仪器、仪表、工具、电烙铁、电子设备等都可能累积静电，可以说静电无处不在。

2.3影响静电的因素

静电电压与相接触材质、环境湿度有密切关系，湿度越高，产生静电的可能性越低，产生的静电电压也越低，如下表1所示。

3静电的危害

据统计，美国电子行业部门每年因静电危害造成损失高达100亿美元，英国电子产品每年因静电造成的损失为20亿英镑，电子行业的产品故障49%是因为静电放电(ESD)造成的。问题严重性还在于很多人对静电危害的认识不足和防静电知识的无知，常把一些因ESD造成的设备性能下降或故障，误认为是元器件早期老化失效。静电放电是影响各类电子设备和电子元器件稳定性与可靠性的主要因素之一。

3.1静电损害的表现形式

（1）静电吸附空气中的灰尘，易造成器件引线间的短路。

（2）静电放电破坏，使元件受损不能工作（完全破坏）。

（3）静电放电电场或电流产生的热使元件受损（潜在损伤）。

（4）静电放电的幅度很大，频谱极宽(从几十兆到几千兆)的电磁场使电子产品受到电磁干扰而损坏。

3.2静电损害

据有关统计资料表明，90%的静电损伤是没办法检测到的,电子设备出现的经常死机、部分功能异常、设备性能下降、局部发热等问题有绝大多数与静电损伤相关。

3.3静电放电模型

（1）人体模型，HumanBodyModel，HBM

人体放电模式是模拟人体因走动或其他因素在人体累计静电后，再去触碰器件，人体上的静电便会经碰触而进入器件内，若器件有一端接地而形成放电路劲时，便会经地脚位放电。放电的过程会在短短数百纳秒内产生数安的瞬间放电电流，进入烧毁器件内的电路。该模型表征人体带电接触器件放电，Rb为等效人体电阻，Cb为等效人体电容。

（2）机器模型，MachineModel，MM

机器模型是模拟金属夹具带上静电并靠近组件时，会发生金属-组件之间的快速充放电，机器组件表现出来的特征为低压高流，会直接烧坏组件本身。机器模型的等效电路与人体模型相似，但等效电容(Cb)是200pF，等效电阻为0，机器模型与人体模型的差异较大，实际上机器的储电电容变化较大，但为了描述的统一，取200pF。由于机器模型放电时没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压对器件的损害，机器模式远大于人体模型。

（3）带电器件模型，ChargeDeviceModel，CDM

带电器件模型是指器件因摩擦或感应等因素在其内部累计了静电，但在器件慢慢累计静电的过程中并未受损。此带电期间在维保处理过程中，当其任意一脚碰触到接地导体时，期间内部的静电便会经接脚流出，造成放电现象。CDM模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的。

4静电放电防护

4.1为什么要做静电放电防护

（1）减少损失：每年全球仅电子工业因静电危害造成的损失高达数百亿美元，静电放电防护能有效减少因静电危害造成的损失。

（2）提高设备及元器件使用寿命：静电放电防护能提高电子产品及设备的使用寿命和可靠性。

（3）高回报率：据统计静电防护的回报率高达1:95。

4.2静电放电防护的原则

（1）抑制静电电荷的累积。

（2）避免静电物体（含人体）靠近或直接接触静电敏感部件。

（3）迅速安全有效地消除已经产生的静电荷。

4.3在设备维保时如何进行静电防护

（1）确保设备静电接地良好

静电接地是指通过导电材料或防静电材料等与大地可靠接地，确保静电导体与大地的电位接近。静电接地能有效防止静电在设备累积，这是防静电最直接最有效也是最经济的办法，正常情况下设备接地良好，静电荷能及时有效地导入大地。如果设备接地不良就会导致静电累积，从而带来静电放电隐患。

通过万用表测试设备的接地电阻，设备正常接地电阻应该小于0.1欧姆，如果发现电阻异常，就要对设备进行排查，确保设备接地正常，避免静电累计。

交流电源插座地线未接或插座接地地不良，电源插头无地线接口（2pin）都是累积静电产生静电放电的隐患。

（2）维保时使用防静电用具

在维保时使用防静电用具能有效地隔绝和阻止静电放电损害，具体要求如下：

●在维保时穿静电鞋防止静电荷产生，在设备维保时使用静电手套。

●设备下方使用静电地板，防止静电累积。

（3）设备维保中做好防静电防护

●对设备进行维保前先用手触碰墙壁、地方或良好接地的金属体，释放掉身上累积的静电。

●在使用工具进行维保前，先将工具触地释放静电再使用或选用防静电工器具。

●维修或更换电路板时要首先断掉电路板或模块电源，再进行其他接口的插拔或操作。

●禁止用手直接触碰电路板

●如必须接触电路板需选择板边无器件位置进行操作。

（4）设备及电路板备件的防静电防护

●未使用的电路板或电器模块备件等需使用防静电屏蔽袋进行存放，防止静电生成。

●较大的电器备件使用静电保护箱进行存放。避免将电路板，电器备件等与其他塑料成品或工器具放在一起。

结论

本文在理论上探讨了静电放电的基本原理和防护方法，随着轨道交通技术的发展，轨道电子设备逐渐向小型化、精密化、集成化发展，电子设备对静电放电防护的要求越来越高，静电放电防护的应用将会越来越广泛，作为新时代的轨道交通维保技术人员，应该跟随时代的发展，更多地了解和掌握静电放电防护知识，提前预想并采取相应措施，预防静电放电可能对设备带来的危害，提高设备运行稳定性，降低设备故障率，提升设备维保水平。

参考文献：

［1］GJB1649-1993电子产品防静电放电控制大纲

［2］GJB/Z105-98电子产品防静电放电控制手册

［3］孙延林.电子工业静电控制技术.北京：电子工业出版社，1995