静电防护在航空制造业的应用

喻甲其，韩 娟，蒋德成

（成都飞机工业（集团）有限责任公司，四川成都 610091）

1 静电的基本要素

静电是一种电磁能。它是一种相对静止的电荷，停留在物体表面。也可以将其定义为物体表面的容量过大和固定电荷不足。静电是某些类别的正负电荷不平衡的结果，并且是由电子设备和正离子的迁移产生的。根据物体的存在和转化，可以将其分为动态电荷和静电状态。静电状态是所需电荷对于物体是固定的或相对稳定的情况。当两个具有不同静电势差的物体接近或直接接触时，它们之间的整个静电荷转移过程就是静电放电（ESD）。通常静电放电有两种方法：接触放电和静电场穿透放电。ESD 是一种非常普遍的状况，在每个人的日常生活中也很普遍。例如，当天气干燥时，车门经常被电击，并且在冬天移开毛衣时听到“开裂”的声音。这个过程就是释放静电。火花放电是由带电体与门把手表面之间的气体以零电位差水解引起的。尽管这是一个非常普遍的条件，但静电的危害不容忽视。

半导体行业受到静电放电（ESD）的影响更为严重。这是由于加工工艺图案边界的连续减小，并且栅极氧化物的厚度变得越来越薄。如果增加的工作电压超过边界值，它将穿透并造成破坏。ESD 电流的特性是产生时间短，放电电流大。如果未适当考虑此问题，则这种情况将在栅极氧化物连接点处引起高压，这将损坏电缆护套甚至所有组件。工人将静电放电（ESD）对半导体材料造成损害的方式分为3 个关键类别：人体模型（HBM），机器模型（MM）和电池充电组件实体模型（Charged Device Model，CDM），这3 个物理模型可以各自使用电容器，电感器和电阻器以及其他组件和设备的等效电路。人体模型的关键在于，当人体在体角上触摸集成的IC 针时，人体中所有累积的工作压力和电荷将通过针的角度进入集成的IC，然后从中泄漏或放电。该集成IC 和另一个接地设备与其他道路的针角；器件物理模型的关键在于参考当将器件连接至集成IC 引脚角度时，器件上所有累积的负载和电荷将通过点接触进入集成IC，然后从引脚泄漏出去此集成IC 的另一个接地设备的角度。电池充电设备的物理模型是指组件本身通过接地设备的拐角处累积的电荷，并且其中的电流会放电或放电到道路上。

2 飞机静电的起源

静电的基本原理取决于化学物质由于外力，分子或分子式而变化，原料中的中性平衡被消除，电子设备的丢失或获得以及化学物质的整个过程从中和到带电的实质是相同的。静电取决于物体（气体、液体、固体）的存在，当物体通电过多时，物体就会带电，物体之间电荷转移的整个过程就是电气化的整个过程。产生静电的方法有很多。触摸、撞击、冷藏、电解、压电、温差等都会引起静电。静电的整个过程可以概括为摩擦，接触和分离以及静电磁场感应、材料极化等。

2.1 接触带电

当触摸两个不同的对象时，一个对象可能会丢失部分正电荷，另一个对象将丢失负电荷，而其余电子设备的一部分将变为负电荷。如果在整个分离过程中难以中和电荷，则电荷会迅速积聚，从而使物体带静电。例如，如果剥离塑料薄膜，则是“接触分离”型带电的典型类型，剥离后产生的静电也属于这种“接触分离”型带电的类型。由滑动摩擦引起的电动机是由于接触和分离引起的正负电极的分离而引起的正负电极之间的不平衡电荷的整个过程。静电荷可以根据通电导体的表面自由流动。当它与另一个中和的电导体接触时，通电导体上的静电负载将激增为中和的电导体，使其达到最大的相电荷平衡，然后将中和的电导体从带电体中赶出，即接触通电状态。飞机接触带电：电荷存储在每个物体中。在正常情况下，每个对象的正电荷和负电荷处于平衡状态，并且对象不通电。使用电子产品时，很难避免摩擦、触碰等，例如，电子产品与产品工件之间的摩擦，电子产品与产品工件之间的接触等会导致电荷不平衡，从而导致静电。在工作期间，除了会引起立即的静摩擦外，在擦洗、喷涂和上油的整个过程中还会产生静电。

2.2 感应电气化

当接近化学体时，化学体的两侧将磁感应负电荷和正电荷。因为外部静电场很强，所以当飞机进入积雨云时，会产生电磁感应电荷，这些电荷会对周围空气中的静电场造成极大影响并引起放电。飞机在暴风雨地区航行的速度越快，其负载就越大。

3 静电对飞机的损害

3.1 静电积聚

飞机与气体之间的摩擦会在航行过程中产生静电，而飞机与道路之间的接触也会产生静电。由于无法立即释放，因此这种静电会在飞机上积聚成很小的固态，这会损害半导体材料的电子系统。静电会对电子系统造成一定的干扰信号。

3.2 摩擦电池充电

当飞机接近云层或进入云层时，无线通信罗盘的偏转距离大大缩短，并且指示仪器的手会大大摆动或摇动。对于相同型号和规格的无线通信罗盘，计算机的安装方式不同，所反映的偏离危险也不同。因为在飞机表面的高阻界面上，通常会在材料表面上产生火花放电，并且材料表面会受到滑动摩擦和外力的影响，这会产生大量静电。当材料的工作压力达到一定的长宽比时，极有可能引起溢料放电。在雾气、霜冻等的影响下，基座盖板有机玻璃板会带正电，而铝原料带负电。当两者之间的电位差超过一定水平时，它将立即破坏材料外壳表面上的气体，从而产生闪亮的放电。随着静电放电部分的上升，在盖的中间出现淡蓝色的光，并且这种光放电条件在盖的边缘缓慢地发生。晚上进入云层后，座机盖周围突然出现的深蓝色火焰特别明显。

3.3 正交和场梯度方向

在静电充放电的整个过程中，飞机上的无线通信设备遭受了严重的频率辐射效应，特别是中长波和长波网站导航。四轴飞行器在整个航行过程中会自动产生静电，从而促使四轴飞行器的工作电压不断增加。当工作电压已经达到一定的纵横比时，由人体周围的室内空间的一部分引起的场强远远超过气体击穿场强，并且可能引起电晕放电或放电。这种类型的电晕放电，尤其是在无线通信传输系统中，将继续向空间发射高达10～20 MHz 的电磁波。对飞机上各种无线通信和通信网络的工作的影响不仅包括噪声，还包括对网站导航的影响。

3.4 电晕放电

电晕放电是指在没有对称静电场的情况下蒸气材料的部分放电。这是最常见的蒸气排放方法。在具有小角度的最高电水平附近，由于部分场强超过蒸汽的水解磁场的强度，因此蒸汽被水解并被促进，因此发生电晕放电。

3.5 电子流与电隔离

电绝缘是一种蒸气放电状态。根据某些绝缘材料（例如气体）的存在，电流可能会瞬间导致可燃火焰。电子设备或低温等离子体会向表面发送负电子，很可能导致辅助电子设备发送。当孔中的正离子浓度较高时，该孔会被穿透，从而导致电隔离。这种电击不仅可能破坏航空航天工业的电子系统，而且还可能严重伤害航空公司员工。

4 静电安全防护的基本原理和原材料的应用

在制造电子设备时会产生静电。造成静电不是一种危害，它的危害取决于静电的积累和产生的静电放电。静电维护的关键是消除静电。防静电基本原理：

（1）避免在可能引起静电的区域积聚静电。采取某些有效措施在安全范围内。

（2）快速清除积聚的静电并及时释放。

抗静电原料也称为ESD 安全防护原料。根据抗静电的基本原理，可将其分为3 种类型：静电导电型、静电损耗型和静电屏蔽复合型。从电导率的角度来看，这3 种原料并不相同。消除静电的最有效方法是立即将设备接地以立即释放静电。使用抗静电原材料：金属材料是电导体，由于大的泄漏电流会损坏组件。另外，由于绝缘层材料非常容易由于滑动摩擦而引起带电，因此抗静电原料不适合用于金属材料或绝缘层材料的选择。

5 防静电工作区的组成和技术标准

静电放电保护区（Electrostatic Discharge Protection Area）是指一种特殊的办公环境，自然环境中配备有防静电原材料，设备和机械设备以限制该区域的静电势。生态环境保护联合会应包括：边界、标志、防静电设备、静电检测设备、接地保护、自然环境（温度和湿度操纵）以及接受过防静电培训的技术专业人员。

静电泄漏和损失、静电中和、静电屏蔽和接地设备、加湿等是常见的静电防护措施。在电子设备的日常生产过程中，应每天检查防静电区域的温度和环境湿度，以确保环境湿度符合加工工艺要求；在防静电区进行的所有实际操作都必须佩戴防静电智能手链；在开始实际操作之前，先让身体在桌垫旁边的静态座椅处放电（以释放身体在地面上的累积电荷）1～2 min。PCB 双板维护，售后维护服务以及资本周转和组件传输应在防静电区域进行，PCB 板应装在防静电袋中运输。传动部件应使用防静电箱，管道和其他防火措施。防静电支撑框架应用于大规模PCB组装和制造。分配和检查电子元件，必须在防静电区域内进行程序流程的装载、组装和焊接，并将具有书面程序流程的集成电路芯片组件（或检查后的集成电路芯片组件）插入导电海绵中，然后将其放入防静电周转箱中，等待安装和焊接。防静电温度控制电烙铁应用于更敏感的电子设备的组装和维护。烙铁最好在380±10 ℃的温度下焊接，时间应控制在3 s 之内。在订购和购买军用电子设备时，合同书应注明较敏感的电子设备的包装规定（防静电包装）。PCB 外包加工的自然环境必须符合防静电法规；完善防静电技术文件，并定期进行维护防静电工作，例如接地线、防静电接地线、台式机、地毯、传输专用工具、包装盒、电子管、智能手环等的能力。禁止在防静电工作区穿塑料拖鞋，并限制人员活动，以便降低静电产生的可能性。防静电工作区所使用的交流电动工具应采取接地措施，接地电阻应小于20 Ω。防静电工作区不使用的交流电工具，应通过ESD 工作台或使用导电工具的人员实现接地。固定在工作台上的工具的操作面对接地点的电阻应小于1.0×109Ω。

6 静电感应安全防护在航运业中的应用

6.1 电气设备的钢筋搭接点

根据机械设备或有机化学，两个金属材料对象之间的结构相互连接，从而产生了稳定的、低特性阻抗的电气安全通道，这是钢筋的连接。这种类型的组合物广泛用于飞机。由于四轴飞行器的电力工程和数据信号自动控制系统，无论是零件还是整体设备，都必须与金属材料本体连接。其主要目标之一是在两种金属材料之间构建一个小的、低特性阻抗电流安全通道，这样，当两种金属材料相互连接时，不容易引起一定的电位差。使用该堆叠方法可以减小由外壳的频率辐射传感器和系统软件机箱引起的电位差，避免了静电的积累，并抑制了频率辐射的作用和目的。确保电源系统的稳定特性和合理的操作雷电对充电和放电的损害，确保了机器、设备和人员的安全。

6.2 汽柴油系统软件安全防护

柴油油箱静电感应安全保护设计方案的理论基础是防止静电转化，破坏静电积聚，避免静电感应充放电。防止静电转化的具体对策包括限制燃油供应管道中汽油和柴油的流动率，以及改善燃油供应方法。破坏静电积聚的具体对策包括：①在柴油燃料箱的外表面增加静电感应；②在汽车油箱的内腔上涂防静电涂层。防静电涂层应使用密封胶。与汽油和柴油具有稳定的相容性；③在汽油和柴油中添加抗静电添加剂，以提高汽油和柴油的电导率；④尽量不要在柴油燃料箱中使用不接地的导体；⑤在道路上为机场加油时，在加油车与道路之间，机场与道路之间以及加油车的加油枪与飞机加油锁盖之间，均应保持稳定的电动钢圈，以防止静电感应充放电而导致起火或爆炸的危险。避免静电感应充电和放电的具体对策是：①在聚合物材料和其他原材料（包括标准零件）的焊接表面之间铺玻璃纤维；②使用圆顶密封或在汽车油箱内的标准零件上添加密封瓶盖；③控制零件之间的间距；④防止整体设计中的尖锐突起；⑤对金属材料部件进行密封，以防止金属材料的尖角暴露在外面；⑥在柴油油箱中加上惰化系统软件。

6.3 家用电器的应用

将充放电刷安装在机翼顶部，并利用充放电机翼顶部的基本原理释放积聚的静电感应刷。根据其材料分为：棉绳、碳尼龙、铌铬丝、碳生成头（用于高速航行）。损坏软刷的关键如下：

（1）外部损坏。在通道检查过程中，充放电刷的表面变形和损坏，充放电刷和基座之间的螺钉松动、基座腐蚀和松弛，可以立即观察到。

（2）内部损坏。内部结构的破坏将导致电阻器的变形，必须使用微欧表准确测量该电阻，以准确测量通断电阻，而用兆欧表准确测量接地电阻。

6.4 4 个天线的绝缘层

四轴飞行器无线天线系统软件中的气体和电磁天线的关键是它们属于导电和永久磁性材料，安装在某些航空四轴飞行器的表面上，并且容易遭受雷击。在整个导航过程中，当机场被雷击时，机场无线天线上的无线电波将以一定的工作压力传输，并且将根据机场无线的数据信号收集并传输功率天线系统软件。电路立即从上方进入飞机，造成意外和安全风险。由于现阶段航空电子无线天线系统软件的关键工作中的数据信号频率维度分别是高频，超低噪声和VHF，因此传统的电源避雷器在特定应用中不够用，这导致了高频率。数据信号的衰减系数和损坏严重危害了我国航空电子无线天线系统软件的正常运行和工作特性。

6.5 机场接地装置

四轴飞行器上的电子部件接地装置可以释放静电感应，并具有良好的静电感应安全防护实用效果。根据传输线，静电感应从人体和机械设备中释放出来，可以从源头上减轻静电感应对电子产品的危害。接地线是指机场配件与其他配件之间以及其他配件与人体整体之间的金属材料。它用于合理避免飞机上积聚正电荷，并将其他辐射传递给人体。释放充放电包装打印。在安装主结构和辅助结构接地线之前，必须使用刮刀和有机溶剂（例如PD680）清理主结构和辅助结构。对于铝合金型材的表面层，通常需要在固定之前使用阿洛丁作为添加剂来保持有机化学性质。

6.6 EDSD 组件维护

大多数航空公司的机械设备属于EDSD 组件。尽管无法看到或感觉不到EDSD 组件，但静电感应是对静电感应光敏电阻的威胁。对于EDSD 组件，在维护过程中应戴上防静电保护罩，以达到平衡机体与机器之间的电位差并防止静电感应损坏的作用。静电防护对策应围绕航空电子设备维护的全过程进行。在包装设计以及维护后的整个储运过程中，也应采取有效的保障措施，否则会造成很大的损失。ESDS 产品在包装、储运中应注意以下几点：

（1）仅在使用时才允许拆卸ESDS 产品。

（2）禁止触摸对ESDS 敏感的组件的引脚，仅允许将电子组件固定在非布线区域。

（3）ESDS 敏感组件必须与静电屏蔽和抗静电设备一起装运。

6.7 机载设备的维护

除了基本的接地装置方法、隔离方法、中和方法和其他防静电对策外，它还可以配备更好的日常机载设备维护技术和机械设备。例如，装配车间使用温度和湿度控制系统将温度和湿度保持在目标范围内，并减少空气中的静电感应。

6.8 检测静电感应防御系统

防静电工作区中配备的所有静电感应防护设备，必须符合标准并按照指定的周期进行检查，并符合要求。基于估算和简单准确的测量而执行的关键新项目需要每天检查：①每个部门的EPA 管理人员均应根据该地区的具体情况，对项目表进行每日（班次）监控和准确测量。每个单位须有专职人员进行检查；②综合保证部门的静电感应安全保护人员应按照“EPA 绩效检查表”的要求进行季度和年度检查；③各个部门的防静电负责人可以根据具体实施情况改变记录和报告的方法，但新的检查项目和检查周期应符合规定；④所有监视，精确测量和检查的记录应由监视和管理的强制性部门归档和存储。