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        标题现代静电防治的新概念

            现代静电防治的新概念
            此前的防静电技术大都是遵循以下三项原则:抑制、疏导、中和。因为普遍认为完全不让静电产生是不可能的,只能是抑制静电荷的聚集如严格限制物流的传送速度和人员的操作速度,将设备管道尽量做到光滑平整,避免出现棱角等等。若抑制不了就设法疏导即向大地泄放,如将工作场所的空气增湿,将一切导体接地,在工作台及地面铺设导静电材料,操作人员穿导静电服装和鞋袜,甚至带导静电手环等。若疏导不了就设法在原地中和,如采用感应式消电器、高压静电消电器、离子风消电器等。尽管目前采取了一些措施消除静电且取得了一定效果但并末完全杜绝静电危害,经过对各种防静电手段的应用及其效果进行多年的分析研究人们终于认识到那些方法仍属局部防治,总有防治措施未;さ降那蚩赡芑岵驳缥:,于是人们设想能否找到全方位全环境的静电防治方法;卮鹗强隙ǖ,这就是现代静电防治的新概念一一全方位全环境静电防治与传统的静电防治观念不同的是全方位全环境静电防治所关注的不再是一个个具体的产生静电的部位或工作面,而是整个工作区域的全部空间,其核心是致力于消除所有设备、物料、人员在各个环节所有工作过程中由于流动摩擦而产生静电聚集的可能性。这种全新的概念已成为现代工业以及办公自动化和家用电子设备防治静电危害的指导原则。根据这种指导原则要实现全方位全环境静电防治必须开发以下关键技术:
            1 .在相对封闭的生产或工作环境中对地面、墙壁、天花板采取相应措施使其具有良好的导静电性能。
            2.对所有设备工作台面坐椅等采取表面处理措施,有效地改变各种材料的表面阻抗使其受到摩擦作用时不产生静电或静电荷不能聚集。
            3.对该环境中的操作或工作人员采取全面的防静电;,使其人体静电达到最小程度。 
        以上所采取的防静电措施应与该环境空气的相对湿度没有关系或对该环境的空间加以处理增大其空气的导静电系数。
            A.五项原则成为有效的静电控制程序的基础
        过去许多年,我经常告诉把这个原则应用在静电控制:保持简单与保证重点。我也极力推行静电放电(ESD, electrostaticdischarge)的控制程序集中在四个基本概念。虽然技术、工艺和材料在这个期间都已进化,但是有效的静电控制程序的设计与实施仍然是基于以下四个概念:
           1、把静电;ど杓频皆筒纺
           2、消除产生静电的材料与过程 
           3、驱散或中和静电放电 
           4、提供对静电放电的物理;
           尽管如此,我们经常遇见的问题显示,我们应该考虑加入第五个概念:检测你的过程与环境。
        我们第一个概念是,设计你的元件、产品和装配,使其更合理的避免静电放电(ESD)的作用?赡艿幕,使用对静电不敏感的元件,或者对你使用的那些静电放电敏感的(ESDS, ESD-sensitive)元件提供适当的输入;。这里相互矛盾的是,先进的生产技术意味着更小型化和更复杂的几何形状,通常对ESD更为敏感?墒,在产品设计建立越多的ESD控制,其后将发生的问题越少。
        很明显,产品设计不是完整的答案。你不可以逃避ESD元件和产品,但是可以减少或消除静电放电的产生与积累。首先要从工作环境中尽可能地减少或消除许多静电产生的工序或材料,如普通塑料。因为ESD不会发生在保持相同电势或零电势的材料之间,所以工作环境中的工序或材料应该保持在相同的静电电势。通常,这些导电或驱散材料应该电气连接到相同的公共地,如电气地线。另外,提供地线给静电手环带、地板或工作台表面,安全地减少放电产生与积累。


              因为静电的所有产生是不可能完全消除的,所以我们的第三条原则是,安全地驱散或中和那些要发生的静电放电。适当的接地和导电性或驱散性的材料起主要作用。例如,带静电进入工作环境的工人可通过带静电手环或穿戴ESD控制的工作鞋踏过ESD地板垫来消除自己身上的静电。静电传到地线,而不是对敏感元件放电。 对一些物体,如普通塑料和其它绝缘体,接地不能消除静电放电。通常,利用离子作用来中和这些绝缘材料上的放电。离子作用过程产生正负离子,吸引到放电物体表面,因此有效地中和静电放电。
        我们的第四个原则是防止要发生的静电放电接触到敏感元件和装配。一个方法是,对元件和装配提供适当的接地或分流,使任何放电从产品分散开。第二个方法是,在适当的包装材料中包装和运输敏感元件。这些材料可有效地将产品屏蔽开静电,减少由于包装内任何产品移动而产生的静电。
             最后,不要去问一个过程是否会产生ESD危害,继而猜测答案,检测一下就可以了。例如,利用场强计(fieldmeter)检测是否有可能产生ESD危害的静电场的存在。测量是最稳妥的方法。你确认和量化那些真正需要静电;さ那,允许你集中在那些最为关注的区域。另外,你可以确认那些不会产生ESD危害的区域,节省你作那些不必要;さ幕ǚ。
            这五条原则成为有效的静电控制程序的基础。它们可帮助选择适当的材料和程序,用来有效地控制ESD。在大多数情况下,有效的程序将涉及所有这些概念。在开发控制程序中,确认那些敏感元件、敏感的级别、和那些对其具有ESD危害的操作。然后看看哪个概念将;さ秸庑┰。最后,选择和实施可完成这个任务的程序和材料的结合使用。
             B. 掌握ESD;ぜ记,提高电子产品可靠性
             电子产品设计中必须遵循抗静电释放(ESD)的设计规则,因为大多数电子产品在生命周期内99%的时间都会处于一个ESD环境中,ESD干扰会导致设备锁死、复位、数据丢失或可靠性下降。在ESD的破坏中,静电会对I/O端口造成毁灭性损害,有可能造成数据位重影、产品损坏直至造成电子设备"硬故障"或元器件损坏。所以工程师需要考虑设计中的ESD问题并掌握解决之道。
             电子工程专辑网站邀请安森美半导体集成电源器件部亚太区市场策略经理吴锦虹担任嘉宾,主持了有关《便携式和USB应用中的ESD;ぁ返耐献ㄌ庋刑,以帮助工程师解决设计中遇到的ESD问题。 吴锦虹认为目前便携产品中越来越多的采用低功率逻辑芯片,由于金属氧化半导体(MOS)电介质击穿和双极反向结电流的限制,这些逻辑芯片对ESD非常敏感?刂艻/O端口(USB端口、以太网端口等)的IC芯片更不例外,因为它们大多数都是以CMOS工艺为基础来设计和制造的,这导致IC芯片对ESD造成的损害非常敏感。另外,大多数的I/O端口(尤其是USB端口)都是热插拔系统,极易受到由用户或空气放电造成的ESD影响。由此可见,ESD;ぴ诘苯竦谋阈蚒SB应用中是非常必要的。吴锦虹特别针对USB应用设备提出了解决方案. 有工程师对T1/E1接口设计中加装TVS器件后的;ぷ饔锰岢鲆晌,吴锦虹认为在电源线上增加TVS器件有助于解决来自电源端口的ESD问题,并强调TVS要连接到电源的Vcc和地以防止电源出现ESD干扰。在回答工程师提出的有关综合考虑ESD;さ奈侍馐,吴锦虹认为综合考虑ESD;ひ尤龇矫嫒胧郑1、芯片的ESD容量;2、PCB版图设计;3、机械设计。他表示好的PCB版图设计应该尽量增大接地面积、缩短PCB走线,他特别强调TVS阵列可以有效解决ESD问题。 针对ESD引起的共模干扰,吴锦虹指出通?梢允褂霉材6罅魅騎VS阵列来解决ESD问题和完成EMI滤波,在电路中共模扼流圈串行连接,TVS并行接在电路中。 除考虑用器件解决ESD问题外,我们也可以遵循一些基本规则来解决PCB的ESD问题:
              1、尽可能使用多层PCB 相对于双面PCB而言,地平面和电源平面以及排列紧密的信号线-地线间距能够减小共模阻抗(common impedance)和感性耦合,使之达到双面PCB的1/10到1/100。
              2 、尽量地将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层。对于顶层和底层表面都有元器件、具有很短连接线以及许多填充地的高密度PCB,可以考虑使用内层线。大多数的信号线以及电源和地平面都在内层上,因而类似于具备屏蔽功能的法拉第盒。
             3、对于双面PCB来说,要采用紧密交织的电源和地栅格。通常的解决原则是要通过测试-解决问题-重新测试这样的周期,每一个周期都可能至少影响到一块PCB的设计。在PCB设计过程中,通过预测可以将绝大多数设计修改仅限于增减元器件。


        C.计算机机房防静电技术
          1. 引言
        计算机房的防静电技术,是属于机房安全于防护范畴的一部分。由于种种原因而产生的静电,是发生最频繁,最难消除的危害之一。静电不仅会对计算机运行出现随机故障,而且还会导致某些元器件,如CMOS、MOS电路,双级性电路等的击穿和毁坏。此外,还会影响操作人员和维护人员的正常的工作和身心健康。计算机在国民经济各个领域,诸如气象预测预报、航空管理、铁路运输、邮电业务、微波通信、证券营运、财政金融、人造卫星、导弹发射等方面的应用日益普及和深入,热这些领域都是与国名经济息息相关的,一旦计算机系统在运行中发生故障,特别是件大的故障会给国名经济带来巨大的损失,造成的政治影响更不容忽视。
             2.机房的静电及其防护
        静电引起的问题不仅硬件人员很难查出,有时还会是软件人员误认为是软件故障,从而造成工作混乱。此外,静电通过人体对计算机或其他设备放电时(即所谓的打火)当能量达到一定程度,也会给人以触电的感觉,造成操作系统作维护人员的精神负担,影响工作效率。如何防止静电的危害,不仅涉及计算机的设计,而且与计算机房的结构和环境条件有很大的关系。在建设和管理计算机房时,分析静电对计算机的影响,研究其故障特性,找出产生静电的根源,制定减少以至消除静电的措施,始终是一个重要课题。
             3.静电对计算机的影响静电对计算机的影响,主要体现在静电对半导体器件的影响上?梢运蛋氲继迤骷跃驳绲拿舾,也就是计算机对静电的敏感。随着计算机工业的发展,组成电子计算机的主要元件――半导体器件也得到了迅速的发展。由于半导体器件的高密度、高增益,又促进了电子计算机的高速度、高密度、大容量和小型化。与此同时,也导致了半导体器件本身对静电的反应越来越敏感。静电对电子计算机的影响表现有两种类型。一种是元件损害,一种是引起计算机误动作或运算错误。元件损害主要是只用于计算机的中,大规模集成电路,对双极性电路也有一定的影响。
        对于早期的MOS电路,当静电带电体(通常静电电压很高)初级到MOS电路管腿时,静电带电体对其放电,使MOS电路击穿.近年来,由于MOS电路的密度高、速度快、价格低,因而得到了广泛的应用和发展。目前大多数MOS电路都具有端接;さ缏,提高了抗静电的;つ芰。尽管如此,再使用时,特别是在维修和更换时,同样要注意静电的影星,过高的静电电压依然会使MOS电路击穿。 静电引起的误动作或运算错误,是由静电带电休触及电子计算机时,对计算机放电,有可能使计算机逻辑元件输入错误信号,引起计算机出错。严重者还会是送入计算机的计算程序紊乱。此外静电对计算机的外部设备也有明显的影响。带阴极射线管的显示设备,当受到静电干扰时,会引起图像紊乱,模糊不请。静电还将造成Modem、网卡、Fax等工作失常,打印机的走线不顺 等故障。

             4.计算机静电故障的特点
        1. 计算机因静电引起的故障特点
        a. 静电故障出现的季节,主要是冬春干燥期,就是说静电随湿度而改变。
        b. 静电引起的故障偶发性多,重复性不强,一般是随机性的故障,因此,难于找出其诱发的 原因。
        c. 静电与计算机房采用的地板。使用的家具和工作人员的工作服有关。
        d. 静电致电子计算机出现错误动作时,往往是当人体或其它绝缘体与计算机设备相接触时 发生。
        2. 静电放电引起计算机故障的原因
        a. 由于电流瞬时流经机壳,对信号线,电源线产生的感应噪声。
        b. 由于静电产生的高压,引起机壳地,安全的电位变动,从而引起逻辑地产生的电位变动。
        c. 由于静电放电时的接触部分产生的电磁波给于信号的辐射噪声。

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