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摘要：本文系统地研究和分析了航天器电子产品装联生产过程中静电产生的规律,设计出一套针对其电子产品生产过程中静电和静电放电防护技术体系，并制定了切实可行的防护措施，为进一步制定和建立一整套航天器研制过程中的防静电工作大纲和总体防静电检验规范奠定了研究基础。
关键词：航天器电子产品装联过程静电预防措施
航天器電子产品是构成航天器的部件中数量最多的、最主要的产品之一,其可靠性直接关系到航天器整体的质量安全和使用寿命。目前我国空间技术行业在产品的防静电方面尽管已经建立了一些规范和措施，但还不够全面与深入, 本课题旨在研究建立一整套在电子产品生产过程中的全方位防静电系统，并探讨出切实可行的防护措施。
一、在航天器电子产品装联的生产过程中,关键是预防和控制静电对电子元器件的损害,因为元器件的损坏直接影响着航天器本身的质量与可靠性。为了预防静电对航天器电子产品的损害，在生产制造中，必须先从电子装联加工全过程里存在着的所有静电源进行排查入手，有针对性地建立建全防护措施和各种规章制度。为此，需要做如下现场测试：1.人体带电模型试验：模拟积累有静电的人体在接触到元器件时，电荷通过元器件放电引起的击穿现象。通过试验得出结论，尽管目前电子元器件本身的静电防护能力已经有了很大的提高，但人体所带的静电还是足以能够对静电敏感元器件造成损害；2. 器件带电模型试验: 这个试验是用来模拟元器件的封装、引线架等由于摩擦带电,再通过器件引线放电,引起的击穿现象。所以，在电子装联生产过程中，人手或通过金属工具触到器件的引线，受到损伤的则是器件的内部结构，因此必须严格工艺纪律与操作规程；3. 批生产抽样试验：这个试验是通过同一生产单位、同一生产批次的产品，由于工艺的差异，造成产品静电放电敏感度的不同的试验。得出的结论是,必须把批生产工序中共性的防静电操作要求与方法写入工艺文件之中；4. 潜在缺陷试验：这个试验的目的是通过单次或多次低于器件静电放电电压敏感度的放电试验，确定静电放电潜在缺陷失效的机理对其寿命的影响。潜在性失效的器件，不可能通过筛选剔除，只能采取有效的静电防护措施，以预防遭受静电放电损伤；5. 人在不同运动方式时产生静电的测量试验以及人在翻动纸制文件时产生静电的测量试验：人体所带的静电，大都是通过摩擦、传导和感应等方式起的电；6. 环境湿度对静电的影响试验：试验数据表明，环境干燥时，静电电压的影响会上升一个数量级，但由于产品质量和安全的需要，通常湿度RH值控制在30-75%的范围内。
二、现场静电源的排查。电子产品生产过程中最主要的静电源是人体，所以在对整个生产过程中的静电实施预防时，重点针对的目标也是围绕着人的活动着手进行研究；其他种类的静电源主要指工作环境、工作场地和工作设施三方面，即厂房里整个立体空间内所有的物质和设施。
三、静电的预防与控制。综合目前国内外静电防护技术的手段，我认为可按照以下八字原则来进行：抑制、屏蔽、疏导、中和。即：①抑制静电的产生；②屏蔽静电感应；③疏导、泄放已经产生的电荷；④中和难以泄漏的电荷。以此为方针建立起一个全方位、立体化的静电防护系统。
四、静电防护系统设计。对于电子装联生产厂房的防静电设计，我认为 要建立全方位、立体化的防静电环境，主要包括ESD门禁系统、地线系统、地面、墙壁和门窗、其他系统、建立工位CRT显示系统等几个方面的设计。1.首先是ESD门禁系统，主要包括有EN625（腕带及人体放电通路记录器）、EN752（人体对地综合测试仪）、EN648（接口转换器RS485转换为RS232）、EN630（读卡器格式转换器）。
其主要工作原理是：当人员读卡进行身份验证以后，EN625提示需要进行的测试，人员在EN752上进行要求的测试，当测试结果都满足要求（SAFE）后，EN752向EN625发送一个确认信号，再由EN625向电子门锁发送响应信号，门锁打开。当测试结果LOW或HIGH时，EN752声、光报警并向EN625发出一个信号，EN625会提示人员某项测试的结果；2.地线系统（电子地）的设计：电子地是电子产品直流工作电压的基准电位，又称防静电地。它的接地电阻值按航天标准要求应该是小于4Ω，目前,也有些要求严格的单位已经将指标提升为1Ω甚至0.5Ω；3. 地面、墙壁和门窗的设计选择：电子装联厂房的地面和墙壁应该根据实际需要采用不同的防静电材料铺刷，目前最常用的铺设地面的材料有五种：铺PVC防静电地板；刷防静电涂料；铺防静电胶垫；铺防静电水磨石（大理石、陶瓷）面；聚酯复合防静电地材。经防静电性能及机械性能等的综合比较，我设计的地面是采用铺设PVC防静电地板；4. 对于墙壁和天花板的处置：选用比较经济的防静电内墙乳胶涂料，它是在包含高聚物乳液、填料、色料和助剂的加工过程中加入液态双元抗静电剂，从而避免由于静电而引起的火灾及爆炸等事故。天花板采用高分子亚导体材料加金属底板，通过胶接或螺接成为双层防静电天花板；5. 窗帘用防静电布制成，窗帘杆同样要采用硬接地的办法接地；6.其他防静电设计：设施（工作台、工作椅、存放架、储物盒、离子风机、腕带等）的静电防护，应根据工作实际需要而定, 而不是求大求全。防静电工作台是由工作台、导电台垫及地垫、导电手环插孔和接地线组成的（QJ2177-91，1991.2）；人体的静电防护主要是配备防静电工作服、防静电鞋袜、防静电帽、手套和指套、腕带和脚环，需符合标准（GB12014-89和GB4385-95）的要求；工具的静电防护：电子装联的工具主要是电烙铁；包装、运输的静电防护：产品（印制电路板、机箱）的包装通常是装在防静电袋里。用防静电塑料袋装带有棱角的机箱，在多次运转过程中，常会使防静电塑料袋破损。我建议改为外层用防静电布（含有导电纤维），内层用静电屏蔽材料制成的可缩口的包装袋进行包装。在包装袋的外面印上产品的型号和防静电标识，这样可起到良好的防静电效果，亦可回收使用；工艺编制上的静电防护：在工艺编制要严格防静电工艺措施，并细化到工步；建立工位计算机CRT显示系统：每个工位必须安装一台CRT显示器和一个操控器，可避免操作者翻阅图纸时产生的静电放电现象。
五、智能化、数字化的环境监控系统设计。我国标准中规定电子产品加工厂房温度应该保持在25±5℃，相对湿度在30-75%之间，目的是防止静电放电造成敏感器件损坏。对精密产品安装场地的洁净度规定不低于10万级。根据标准要求，采用模数化设计的ZK组合式空气处理机，来实现送风、制冷、加热、加湿、空气净化、消音等多种空气处理的功能。它的风量范围为4000—200000m3/h，风机最高静压可达2000Pa。另须配备烟雾净化系统。
六、防静电安全生产措施制定主要包括六个方面：区域严格划分、人体正当防护、完善包装运输、控制文件资料、操作标准规范和定期检测培训。
本课题提出的电子装联厂房的防静电改造方案已经在中国空间技术研究院得到了应用，在我院控制与推进事业部电子车间被分阶段实施，第一阶段改造后通过对厂房各分系统的全面测试与效果检验，证明了本系统对产品安全和现场人员安全都达到了预期的目的。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：航天器电子产品装联过程静电预防措施
航天器電子产品是构成航天器的部件中数量最多的、最主要的产品之一,其可靠性直接关系到航天器整体的质量安全和使用寿命。目前我国空间技术行业在产品的防静电方面尽管已经建立了一些规范和措施，但还不够全面与深入, 本课题旨在研究建立一整套在电子产品生产过程中的全方位防静电系统，并探讨出切实可行的防护措施。
一、在航天器电子产品装联的生产过程中,关键是预防和控制静电对电子元器件的损害,因为元器件的损坏直接影响着航天器本身的质量与可靠性。为了预防静电对航天器电子产品的损害，在生产制造中，必须先从电子装联加工全过程里存在着的所有静电源进行排查入手，有针对性地建立建全防护措施和各种规章制度。为此，需要做如下现场测试：1.人体带电模型试验：模拟积累有静电的人体在接触到元器件时，电荷通过元器件放电引起的击穿现象。通过试验得出结论，尽管目前电子元器件本身的静电防护能力已经有了很大的提高，但人体所带的静电还是足以能够对静电敏感元器件造成损害；2. 器件带电模型试验: 这个试验是用来模拟元器件的封装、引线架等由于摩擦带电,再通过器件引线放电,引起的击穿现象。所以，在电子装联生产过程中，人手或通过金属工具触到器件的引线，受到损伤的则是器件的内部结构，因此必须严格工艺纪律与操作规程；3. 批生产抽样试验：这个试验是通过同一生产单位、同一生产批次的产品，由于工艺的差异，造成产品静电放电敏感度的不同的试验。得出的结论是,必须把批生产工序中共性的防静电操作要求与方法写入工艺文件之中；4. 潜在缺陷试验：这个试验的目的是通过单次或多次低于器件静电放电电压敏感度的放电试验，确定静电放电潜在缺陷失效的机理对其寿命的影响。潜在性失效的器件，不可能通过筛选剔除，只能采取有效的静电防护措施，以预防遭受静电放电损伤；5. 人在不同运动方式时产生静电的测量试验以及人在翻动纸制文件时产生静电的测量试验：人体所带的静电，大都是通过摩擦、传导和感应等方式起的电；6. 环境湿度对静电的影响试验：试验数据表明，环境干燥时，静电电压的影响会上升一个数量级，但由于产品质量和安全的需要，通常湿度RH值控制在30-75%的范围内。
二、现场静电源的排查。电子产品生产过程中最主要的静电源是人体，所以在对整个生产过程中的静电实施预防时，重点针对的目标也是围绕着人的活动着手进行研究；其他种类的静电源主要指工作环境、工作场地和工作设施三方面，即厂房里整个立体空间内所有的物质和设施。
三、静电的预防与控制。综合目前国内外静电防护技术的手段，我认为可按照以下八字原则来进行：抑制、屏蔽、疏导、中和。即：①抑制静电的产生；②屏蔽静电感应；③疏导、泄放已经产生的电荷；④中和难以泄漏的电荷。以此为方针建立起一个全方位、立体化的静电防护系统。
四、静电防护系统设计。对于电子装联生产厂房的防静电设计，我认为 要建立全方位、立体化的防静电环境，主要包括ESD门禁系统、地线系统、地面、墙壁和门窗、其他系统、建立工位CRT显示系统等几个方面的设计。1.首先是ESD门禁系统，主要包括有EN625（腕带及人体放电通路记录器）、EN752（人体对地综合测试仪）、EN648（接口转换器RS485转换为RS232）、EN630（读卡器格式转换器）。
其主要工作原理是：当人员读卡进行身份验证以后，EN625提示需要进行的测试，人员在EN752上进行要求的测试，当测试结果都满足要求（SAFE）后，EN752向EN625发送一个确认信号，再由EN625向电子门锁发送响应信号，门锁打开。当测试结果LOW或HIGH时，EN752声、光报警并向EN625发出一个信号，EN625会提示人员某项测试的结果；2.地线系统（电子地）的设计：电子地是电子产品直流工作电压的基准电位，又称防静电地。它的接地电阻值按航天标准要求应该是小于4Ω，目前,也有些要求严格的单位已经将指标提升为1Ω甚至0.5Ω；3. 地面、墙壁和门窗的设计选择：电子装联厂房的地面和墙壁应该根据实际需要采用不同的防静电材料铺刷，目前最常用的铺设地面的材料有五种：铺PVC防静电地板；刷防静电涂料；铺防静电胶垫；铺防静电水磨石（大理石、陶瓷）面；聚酯复合防静电地材。经防静电性能及机械性能等的综合比较，我设计的地面是采用铺设PVC防静电地板；4. 对于墙壁和天花板的处置：选用比较经济的防静电内墙乳胶涂料，它是在包含高聚物乳液、填料、色料和助剂的加工过程中加入液态双元抗静电剂，从而避免由于静电而引起的火灾及爆炸等事故。天花板采用高分子亚导体材料加金属底板，通过胶接或螺接成为双层防静电天花板；5. 窗帘用防静电布制成，窗帘杆同样要采用硬接地的办法接地；6.其他防静电设计：设施（工作台、工作椅、存放架、储物盒、离子风机、腕带等）的静电防护，应根据工作实际需要而定, 而不是求大求全。防静电工作台是由工作台、导电台垫及地垫、导电手环插孔和接地线组成的（QJ2177-91，1991.2）；人体的静电防护主要是配备防静电工作服、防静电鞋袜、防静电帽、手套和指套、腕带和脚环，需符合标准（GB12014-89和GB4385-95）的要求；工具的静电防护：电子装联的工具主要是电烙铁；包装、运输的静电防护：产品（印制电路板、机箱）的包装通常是装在防静电袋里。用防静电塑料袋装带有棱角的机箱，在多次运转过程中，常会使防静电塑料袋破损。我建议改为外层用防静电布（含有导电纤维），内层用静电屏蔽材料制成的可缩口的包装袋进行包装。在包装袋的外面印上产品的型号和防静电标识，这样可起到良好的防静电效果，亦可回收使用；工艺编制上的静电防护：在工艺编制要严格防静电工艺措施，并细化到工步；建立工位计算机CRT显示系统：每个工位必须安装一台CRT显示器和一个操控器，可避免操作者翻阅图纸时产生的静电放电现象。
五、智能化、数字化的环境监控系统设计。我国标准中规定电子产品加工厂房温度应该保持在25±5℃，相对湿度在30-75%之间，目的是防止静电放电造成敏感器件损坏。对精密产品安装场地的洁净度规定不低于10万级。根据标准要求，采用模数化设计的ZK组合式空气处理机，来实现送风、制冷、加热、加湿、空气净化、消音等多种空气处理的功能。它的风量范围为4000—200000m3/h，风机最高静压可达2000Pa。另须配备烟雾净化系统。
六、防静电安全生产措施制定主要包括六个方面：区域严格划分、人体正当防护、完善包装运输、控制文件资料、操作标准规范和定期检测培训。
本课题提出的电子装联厂房的防静电改造方案已经在中国空间技术研究院得到了应用，在我院控制与推进事业部电子车间被分阶段实施，第一阶段改造后通过对厂房各分系统的全面测试与效果检验，证明了本系统对产品安全和现场人员安全都达到了预期的目的。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。