隨著我國信息產業的高速發展,信息工程已滲透到郵電通信、廣播電視、金融、交通、航空航天、國防、能源、氣象、商業、辦公自動化等各個領域。在信息工程中靜電放電(ESD-Electro static discharge)對敏感電子元件的損傷,影響了工程的可靠性,從而給信息工程提出了新的課題――靜電防護。國家對此十分重視,近年來制訂了控制靜電危害的各類標準,其中有GB50174-93強制性標準。
一、防靜信息工程中靜電危害及故障特點
在信息工程中大規模、超大規模集成電路大量應用于各類整機,如:大、中、小型計算機主機及終端設備、程控電話交換設備、移動通信設備、衛星通信設備、數據傳輸設備、廣播發射接收設備、自動控制設備等。因使用的微電子元器件高密度、大容量、小型化和超小型化,對靜電特別敏感。靜電放電可使敏感器件損壞造成擊穿或半擊穿;計算機誤動作或運算錯誤,穿孔機穿孔不、良,打印機走紙堵塞;使交換設備用戶板、中繼板、控制板出現故障引起通訊雜音或通訊中斷;使廣播接收設備圖象不清;使自動控制設備失控;也可引起運載火箭發射故障。靜電造成的故障特點如下:
+靜電故障與環境濕度有關。出現的季節:在南方主要是冬春干燥季節,濕度有時在20-30%;在西北方地區,四季都有可能出現。
+靜電引起的故障偶發性多,重復性不強,一般是隨機性故障。因此,難于找出其誘發原因。
+靜電與設備安裝環境,采用的地面材料,終端設備的工作臺及工作人員的工作服、鞋有關。
+靜電致使計算機誤動作時,往往是人體或其它絕緣體與計算機設備觸時發生。
+靜電使交換設備出現故障是在清潔檢修時由于人體步行帶電,用手觸摸電路板放電將板損傷。
+靜電力學作用使灰塵粘附,污染產品和使用環境;使產品質量下降,設備使用壽命降低。
二、信息工程中生產和使用環境防靜電措施
根據國家有關標準如計算機場地技術要求GB2887-82,電子計算機機房設計規范GB50174-93及機房施工規范等標準的要求,積多年施工中反映的問題,筆者認為信息工程中應注意以下幾點:
1.正確進行防靜電環境設計
信息工程中生產環境防靜電設計是消除靜電危害主要的措施之一,是非常關鍵的問題。例如:某集成電路廠基建投資幾千萬,因防靜電措施在設計上未作考慮而造成工程返工;某程控電話生產工廠,投資很大,因防靜電措施未采用,而造成整機質量下降。故信息工程中環境設計不倫新廠基建還是老廠改造,都應作為一重要問題,把它列入工程項目的內容,從工藝設備、空調、內裝修設計中采取措施。分別對微電子工廠、整機廠、各類計算機房、程控電話機房、智能大廈、通迅機房采取不同的防靜電措施,設計的依據如下:
+確定微電子器件絕緣膜耐靜電擊穿電壓。
+確定整機選用的敏感器件耐靜電擊穿電壓。
+確定工程中選用的設備耐靜電性能。
2.正確選用防靜電地面材料。
一個較好的防靜電生產環境,地面顯得特別重要,選擇時要考慮到防靜電地板的系統電阻值上下限,既要有導靜電性能,又要保證操作人員的可靠,在施工前應測定地板材料的表面電阻和體積電阻。在施工完成后和使用階段,還要定期監測。在八五期間,國內主要使用的弟、一代地面材料有橡膠、PVC塑料等防靜電制品,因存在老化、收縮、不耐磨及抗污能力差(導電碳黑脫落)、防火性能不佳(自熄)的缺陷,弟、二代產品有聚氨脂、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。目前國內防靜電地面材料為防靜電瓷質地板,該材料較弟、一、二代產品有新的突破,在生產中將無機高溫導電材料摻入瓷層內部進行物理改性,從而達到導靜電性能,加之又是經過1360℃高溫燒制而成,故抗靜電性能穩定、耐久、幾何尺寸精度高,具有耐磨、耐腐、耐老化、防火抗壓、強度高等特點。其各類技術指標大大超過PVC塑料、橡膠、聚氨脂、三聚氰氨類防靜電制品的性能。
除了在生產環境直接鋪設防靜電地面材料外,在計算機機房和程控電話內電纜走線較多和下部送風冷卻設備,故采用防靜電活動地板。據幾個大型機房的測試,一些機房地面統電阻值在1012Ω以上,成了靜電的發生源,故在機房選用活動地板時要考慮地板的各項技術指標:
(1)能否滿足整機防靜電要求,抗靜電能否持久,確保系統電阻值在107-1010Ω范圍內;
(2)機械性能是否符合國家標準;
(3)能否滿足機器維修方面的要求;
(4)能否滿足設備擴容及更新換代的要求;
(5)是否合理。活動地板要處理好地線問題,保證接地良好,嚴格施工管理,鋪設完成后應測定各項靜電參數。
3.采用防靜電涂料
凡有要求靜電防護的場地,內裝修材料必須是防靜電的。內墻和頂棚表面應使用防靜電防火墻板或噴涂導靜電環氧涂料,該涂料具有耐老化、防火、防水性能,表面電阻在107-1010Ω范圍。我們在承建潔凈廠房中普遍使用該材料,效果很好。經測定摩擦起電電壓為零,其它性能亦符合標準。送風管道和送風口應使用導電三聚氰氨材料,避免空氣流動時產生靜電積聚。(潔凈廠房防靜系統電工程)
4.配套設施
在生產車間和通信設備使用的機房要有相應的配套設施,構成一個靜電泄放的通路。
+將終端設備放在防靜電工作臺上,由工作臺和靜電接地系統相連。如果是普通工作臺則應在臺上放防靜電工作臺墊。
+若地面不是防靜電地面,則應在地面放防一電地墊,由地墊和靜電接地相連。
+生產車間使用的傳送帶必須用導電橡膠或金屬帶制作。
+生產車間放置敏感器件的臺架和周轉箱及運送器件的手推車車輪,必須用導電塑料和導電橡膠制作。
+工作椅、窗簾布應使用防靜電、阻燃的織物制作,以免引起靜電積聚而產生放電。
+存放電路板時應用防靜電屏蔽進行包裝。
+在車間入口處應設置人體系統電阻值檢測儀。
+根據需要對一些絕緣體物品和設備,使用抗靜電劑和離子風消電器來消除紙帶及作臺上的靜電。靜電可靠工作臺見圖(二)
5.控制車間和使用場地環境的溫濕
環境的濕度和產生靜電的關系極為密切。如在冬春季節和北方干燥地區,靜電是高峰期,應按國際規定溫度控制在18-28℃范圍,濕度控制在于40%-70%范圍內。因此在進行空調設備選型時,應考慮到恒溫恒濕的可靠性,使相對濕度保證在規定范圍之內(相對濕度和靜電的關系見圖三)
6.人體性防靜電著裝
人體因步行和移動帶電有時高達2-10KV,要通過腕帶和腳帶及穿防靜電衣服、鞋、襪手套才能泄放靜電,如在凈化車間,要使用防靜電的潔凈衣、鞋。設備檢修人員在現場應使用防靜電維修包。
7.良好的接地系統
接地的目的是增快靜電泄漏和導流,使帶電物體的靜電荷得以順利泄出和迅速導走,以避免靜電積聚。
+接地電阻應在100Ω以下。
+靜電防護系統接地與保護系統接地不能串在一起。
+接地用的導體必須有足夠的機械強度,耐腐蝕性。
+固定設備用導線應是1.25平方毫米以上的多股可撓的編織電線。
三、對靜電防護措施的幾點建議
1.在信息工程中的生產場地和使用場地新建和改建項目,不僅要完善土建設計,而且要按國標規定對靜電防護進行設計。
2.要加強防靜電工程材料和配套產品的研究和開發,應用到工程中的產品必須有國、家級檢測部門認可才能使用。產品標準要和國外同類產品逐步接軌,按國標進行生產。
3.要建立一套施工管理程序。加強施工管理,確保工程質量,工程完工后要進行防靜電測定,峻工驗收后每年要進行監測。
4.新建生產廠房和使用場地應考慮到新技術發展,要留有余地,以滿足更高的防靜電要求。