靜電是一種客觀(guān)的自然現象，然而靜電對我們的日常生活、稱(chēng)重計量、工 業(yè)生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生危害，本文簡(jiǎn)單介紹了靜電的產(chǎn)生、危害及相關(guān)防護措施。

一、概述

電子稱(chēng)重儀表國家標準GB/T 7724-2008中對 稱(chēng)重儀表的抗干擾能力做了明確的要求，其中相 關(guān)的各項有：5.8稱(chēng)重儀表的抗干擾要求；5.10.2 性能測試中專(zhuān)門(mén)把靜電放電列為一個(gè)測試項目： 靜電放電(ESD)-模擬儀表在接收外界靜電（如人 體或設備帶電產(chǎn)生的放電或靜電場(chǎng)干擾時(shí)的抵 抗能力。分別輸入10d及接近max的信號進(jìn)行試 驗，嚴酷等級為3級（空氣放電8kV，接觸放電 6kV，放電至少10次，時(shí)間間隔1s，受試儀表應 不產(chǎn)生大于1d的變差或能處理的顯著(zhù)增差。

所以了解靜電的產(chǎn)生及其防護措施是十分必 要的。

二、靜電的形成和危害

(一）靜電的形成

靜電是一種客觀(guān)自然現象，產(chǎn)生的方式有多 種，如接觸、摩擦等。物質(zhì)都是由分子組成的， 分子由原子組成的，原子中有帶負電荷的電子和 帶正電的質(zhì)子，正常情況下，物體的原子攜帶的 質(zhì)子與電子相等，對外表現不帶電。當兩種物體相互摩擦時(shí)，一種物體中的電子因受原子核的束 縛較弱，跑到另一個(gè)物體上去，使得到電子的物 體由于其中的負電荷多于正電荷，因而顯出帶負 電；失去電子的物體由于其中的正電荷多于負電 荷，因而顯出帶正電，這就是摩擦起電現象。由 此物體所帶的電稱(chēng)為“靜電”，日常生活中任何兩 個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后在分離都能產(chǎn)生靜電。

如玻璃棒與綢子摩擦，玻璃棒帶正電；人體 自身的動(dòng)作或與其他物體的接觸、分離、摩擦或 感應等，可以產(chǎn)生幾千伏甚至上萬(wàn)伏的靜電。

ESD 是英文 Electrical Static Discharge 的縮寫(xiě)， 中文釋為靜電放電，當靜電積聚到一定程度時(shí)就 會(huì )產(chǎn)生火花放電現象，即電荷從一個(gè)物體轉移到 另一個(gè)物體。靜電放電的特點(diǎn)是高電壓、低電量、 小電流和作用時(shí)間短的特點(diǎn)。這種現象與生活、 生產(chǎn)密切相連，往往會(huì )帶來(lái)一些不便和危害。

(二） 靜電的危害

靜電在多個(gè)領(lǐng)域造成危害。在稱(chēng)重系統中， 靜電可以干擾稱(chēng)重儀表的正確計量，嚴重的可以 損壞儀表的元器件，使儀表無(wú)法工作。

電子秤已廣泛應用于我們的日常生活和工 業(yè)生產(chǎn)中，例如我們買(mǎi)菜買(mǎi)糧用的電子臺秤，工 廠(chǎng)里用的電子汽車(chē)衡、皮帶秤、料斗秤等。電子秤一般由稱(chēng)重傳感器和稱(chēng)重儀表組成，常用的稱(chēng) 重傳感器為電阻應變片式，按常規2mV/V的靈敏 度和10V激勵電壓計算，稱(chēng)重傳感器的滿(mǎn)量程輸 出電壓為20mV，靜電放電產(chǎn)生的干擾很容易親合 到傳感器的輸出信號中，造成計量不準、儀表工 作不穩，嚴重者甚至可以損壞儀表。

摩擦起電和人體靜電是電子工業(yè)中的兩大危 害，主要體現在以下幾方面。

（1）靜電吸附灰塵，改變線(xiàn)路間的阻抗，影響 儀表的性能與壽命；

(2）損壞元件的絕緣使元件不能工作；

(3)瞬間電流電場(chǎng)產(chǎn)生的熱，使元件受損，但 仍能工作，壽命受損。

人體有感覺(jué)的靜電放電電壓在2000V以上， 當看到放電火花時(shí)，身上的靜電已經(jīng)超過(guò)3000V， 這時(shí)手指會(huì )有針刺般的痛感；當聽(tīng)到放電的“劈 啪”聲音時(shí)，身上的靜電已高達7000V?000V， 而往往幾百伏的電壓就會(huì )導致電子元件損壞，所 以要密切注意元件在不易覺(jué)察的放電電壓下的損 壞，典型生產(chǎn)現場(chǎng)產(chǎn)生靜電電壓以及部分電子器 件的靜電擊穿電壓如表1、表2所示。

是否采取了防靜電措施是衡量電子器件質(zhì)量好壞的一個(gè)非常重要的指標。多數情況下，靜電 放電能量較小，受到ESD損壞的器件并不立即表 現為報廢，有些僅表現出工作不穩，以后發(fā)現問(wèn) 題易歸咎為材料不良或設計不好，因此人們常認 識不到靜電放電的危害。

靜電損傷的特點(diǎn)：

(1)隱蔽性：人們常常感覺(jué)不到靜電和靜電放電；

(2）潛伏性：有些電子元件受到靜電損傷后沒(méi) 有明顯的表現，但造成的內傷形成了隱患；

(3)隨機性：靜電的產(chǎn)生具有隨機性，而靜電 放電有時(shí)是瞬間發(fā)生的，難以預測；

(4復雜性：電子器件微小、精細的特點(diǎn)，使 得靜電損傷的分析比較困難。

綜上所述，靜電無(wú)處不在，對人體健康、交 通運輸、工業(yè)生產(chǎn)、日常生活等都會(huì )帶來(lái)危害， 所以應引起我們足夠的重視。

三、儀表設計中克服靜電放電干擾的措施

靜電放電可以使儀表產(chǎn)生復位、死機、丟失 數據等故障，造成工作不可靠，而維修時(shí)又很難 找出故障原因。

靜電放電干擾主要通過(guò)以下途徑進(jìn)入儀表中：

(1)放電初期的強電場(chǎng)容性耦合到臨近的網(wǎng) 絡(luò )上，靜電放電可以產(chǎn)生近場(chǎng)峰值電場(chǎng)達“幾百 伏/米?幾千伏/米”的高壓；

(2）放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)感性耦合到臨近的布線(xiàn) 網(wǎng)絡(luò )和長(cháng)的信號線(xiàn)上，電磁場(chǎng)的頻率在幾十兆? 幾千兆；

(3)放電電流流過(guò)電源線(xiàn)、地線(xiàn)或信號線(xiàn)產(chǎn)生 電壓脈沖，進(jìn)入與這些網(wǎng)絡(luò )相連的元件。靜電放 電時(shí)首先對被擊中金屬物的電容充電，然后流經(jīng) 每一個(gè)可能的導電路徑，電弧電流更容易在片狀 或短而寬的帶狀導體上流過(guò)，而接地則是最終瀉 放掉累積電荷的路徑。

為了防止ESD損毀和干擾，必須阻斷這些路 徑或者加強設備的抗ESD能力。有關(guān)PCB電磁兼 容設計技術(shù)的資料非常多，在電路設計中可以學(xué) 習參考，這里所說(shuō)的是幾點(diǎn)容易實(shí)現又往往被忽 略的小技巧。

(1)儀表使用金屬殼體，且不噴涂，如果進(jìn)行 防腐噴涂，那么蓋板與殼體的連接螺釘壓接面一 定要去掉絕緣覆蓋，確保蓋板與殼體低電阻連接。 曾經(jīng)遇到過(guò)震動(dòng)儀表或敲打表殼導致儀表復位的 現象，拆下蓋板打磨掉螺絲孔周?chē)慕^緣涂層， 重新上緊蓋板，故障消失。

(2）儀表殼體端子開(kāi)孔或引出線(xiàn)開(kāi)孔，如果可 能，用幾個(gè)小開(kāi)孔代替一個(gè)大開(kāi)孔，且開(kāi)孔間的 距離盡可能大。這是因為開(kāi)孔越大屏蔽效果越差， 殼體上開(kāi)孔的最大尺寸必須遠小于要屏蔽的最高 頻率的波長(cháng)，當一個(gè)孔的最大對角線(xiàn)尺寸為一個(gè) 波長(cháng)的1/100時(shí)，在該頻率上的最大屏蔽效果約 34dB。

(3)儀表面膜鍵盤(pán)布線(xiàn)要緊湊，不要形成大的 環(huán)路，并延伸邊緣超出鍵盤(pán)線(xiàn)不小于10mm。在靜 電放電測試中，要在儀表面膜四周打靜電，如果 鍵盤(pán)線(xiàn)靠近邊緣，就會(huì )引入較強的干擾。

(4）面膜上鍵盤(pán)線(xiàn)的外面加一層屏蔽網(wǎng)，通過(guò) 鍵盤(pán)引線(xiàn)接入顯示板連接到機殼。如圖1所示，J1 是顯示板上的鍵盤(pán)線(xiàn)插針排，其中1#、7#針與鍵 盤(pán)上的屏蔽網(wǎng)引線(xiàn)相連接，并通過(guò)顯示板安裝支 柱或短粗引線(xiàn)與機殼相連。

主板與顯示板之間的連接電纜，電源和地應 設置在相臨的插針上，在靠近連接器插針的位置 電源和地之間放一個(gè)100nF的去耦電容。如果可 能，讓每一根信號線(xiàn)至少與一根地線(xiàn)相臨。

雖然靜電無(wú)處不在，但還是可防可控的，正 確進(jìn)行靜電防護是電子工程師的一個(gè)重要課題， 一定要樹(shù)立防靜電意識。

四、靜電的預防

消除靜電危害主要從“防”和“放”兩個(gè)方 面進(jìn)行，儀表生產(chǎn)過(guò)程中靜電防護的主要措施有: 靜電的瀉放艘地、增濕）、靜電的中和、靜電的 屏蔽等。一般采用以下措施控制靜電：

(1)盡量減少物體之間的摩擦，減少靜電的產(chǎn)生；

(2）適當控制生產(chǎn)車(chē)間的濕度；

(3)測試儀器、工具、烙鐵接地；

(4）防靜電轉運車(chē)、架盡可能接地；

(5）操作人員穿防靜電工作服、戴有線(xiàn)防靜電 手腕帶；

防靜電常規工藝規程：

(1)操作靜電敏感器件的臺面必須采用防靜電 臺墊；

(2） ESD敏感器件必須用靜電屏蔽與防靜電器 具轉運；

(3)開(kāi)封、測試靜電敏感器件時(shí)必須在防靜電 工作臺上進(jìn)行，有條件的可配用空氣離子發(fā)生器 清除空氣中的電荷；

(4）組裝所用的工裝設備都必須接地，焊接工 具使用內熱式烙鐵，要接地良好；

(5）電源供電系統要用變壓器隔離，接地可靠， 接地電阻小于10Q ；

(6）產(chǎn)品測試時(shí)，必須斷電后插拔器件；

(7） ESD敏感器件不應過(guò)早拿出原封裝，盡量 不摸器件管腳；

(8)用波峰焊接時(shí)，焊料和傳送系統必須接地; 靜電防護工作是一項長(cháng)期的系統工程，任何 環(huán)節的失誤或疏漏，都將導致靜電防護工作的失 敗。