静电防护工程学应用

由于无法控制的静电电荷和静电场，会给人类生活、生产、科研活动带来危害，而静电电荷和静电场作为自然现象无法消除，只能采用科学的方法控制静电电荷产生和释放，控制静电场的作用，抑制静电带来的危害。随着人们对静电危害认识的逐渐加深，静电防护工作也逐渐工程化，出现了防静电工业产品，如防静电服装、鞋、手套等人体防护用品，如防静电地板、桌面、椅子、储物柜工业产品，如人体防静电测试仪、静电电压表、静电电荷分析仪、防静电表面电阻测试仪、以及离子风机等测量仪器和控制设备。静电防护技术标准和管理标准也相继出现。各个行业的静电防护需求催生了一个新兴的产业。

国际先进的静电防护方法和理念是：技术加管理。两种方法同样重要。

技术方面分为四个技术方向，一是，静电危害评价技术，如何定量地表述静电的危害，不同行业有不同的评价方法，对易燃易爆物质的静电危害评价采用静电感度来表述，静电感度是静电能量触发爆炸的阈值，可用静电能量和静电电压两种参数表述；评价电子元器件的静电危害，采用静电敏感度来表述，静电敏感度是导致电子元器件失效的最低静电电压，同一种元器件对应HBM、MM、CDM模型，有各自的静电敏感度，目前对潜在失效的测量依据和测量方法正在研究之中；电磁兼容EMC测试中，用静电抗扰度来描述电子设备和产品对静电放电的防护能力，在人体-金属模型下，用直接接触放电和不接触的空气放电两种状况下测试。静电敏感度和静电抗扰度两个概念出现在不同的标准中，使用的放电模型是不同的。静电危害评价技术是一项基础性研究工作，需要采用科学的方法，做大量试验，积累大量数据，才能得到具有指导意义的静电防护数据，是静电防护技术最困难的环节，也是静电防护技术的基础。

二是，静电防护工程技术。静电防护工程技术是针对接触分离起电和感应起电以及静电放电的特点，从静电源和静电危害途径两方面进行静电防护的技术，主要依靠对电阻特性有要求的特殊材料和复合材料，采用泄放、屏蔽、静电中和以及抑制起电的方法，达到静电防护的目的。如接地、防静电地面、工作台、防静电椅子、工具、人体防静电用品、离子风机、防静电涂料、静电放电屏蔽包装等静电防护设备设施和防护用品，这些工程技术已经有相应的技术标准支撑，已经在工业化生产、应用、检测、认证等方面，形成了静电防护产业。

三是，静电防护测试技术。静电防护设备设施和产品是否合格，要用数据说话，测量仪器及其计量校准方法也是静电防护的关键技术。目前可测量的参数有静电电荷、静电电压、表面电阻、体电阻、接地电阻、静电衰变时间、静电放电的电流波形，和静电放电的能量等 。这些仪器是依据技术标准中的指标要求设计的。由于静电现象可观测性和重复性较差，受环境影响大，受材料影响大，受测试人员自身影响也很大，现有的静电防护测量仪器不是以静电现象为被测对象，而是以静电防护产品和工程为被测对象。

四是，静电防护设计技术。电子产品的静电防护设计分为芯片级、PCB板级和整体结构级。早期的理念是不断提高单个电子元器件的静电敏感度电压，通过串联保护电阻、并联瞬态抑制二极管、增厚加宽内部结构等方法。然而，这与电子产品要求小型化、高速、宽带的发展方向相矛盾。现在已经不再追求提高单个电子元器件的静电敏感度电压，转而强调生产过程中满足静电防护要求，而将静电防护功能设计到整体结构上。用机电一体化的设计的设计思路解决静电防护设计问题。

管理是静电防护的重要手段。人能感知到3kV以上的静电电压，在我们不知不觉中，很多电子产品已经被破坏了，所以提高人们的静电防护意识是管理的关键环节。管理上要加强培训，做到“心里有静电，才能看到静电”、“心理有所畏惧，才能自我约束”的境地。科学技术不发达的时候，人们对自然界的理解往往是唯心的，只有科学技术发展后，科学才能战胜唯心。宗教与科学正是这样共存，又共同发展的。在管理上“教义”比“道理”更重要，两者冠以“真理”之名，但是“教义”比“道理”更有效率。管理的主要工具是规章制度，规章制度是以讲道理为目的呢？还是以规范约束人的行为为目的呢？人们对静电现象和静电危害的认识仍在发展之中，在完善的理论尚未建立起来之前，静电防护的管理手段越发重要了。

人是最大的静电源，人的操作也是最危险的静电放电途径，所以管理好人是静电放电的关键。标准化的管理体系是当今最先进的管理方式，如质量管理体系依据了ISO9000系列标准，PDCA循环的持续改进已经成为流行管理理念。静电防护管理也需要这种标准化的模式，便于电子产品的上游、下游企业之间建立相互认同的静电防护管理模式，使技术标准和管理模式实现统一，便于产品流通，增强对产品质量的信心。

静电防护工程学的研究对象不仅仅是静电，还包括静电敏感物、防护材料和管理对象。由于静电现象复现性差，静电危害不易发现和预测，所以静电防护工程学有以下几个特点：

1、 研究方法模型化

利用静电放电模型来模拟静电现象提高了复现性和重复性，有了静电放电模型后，大量的科学实验可以在实验室中进行。模型分为两种：激励模型和响应模型。由电容器和电阻器串联组成的静电放电模型就是激励模型。为检验放电波形而使用的2Ω电流靶和500Ω电流靶都就是响应模型。为判断电子线路是否失效而使用的伏安特性曲线也是响应模型。电子器件在静电损伤后有寿命下降、功耗增加、泄漏电流增大、频率响应下降等失效现象，还有潜在的累积效应，这些失效表现能否作为响应模型，尚待研究。

2、 测量参数多样化

静电防护工程的测量是为了研究静电现象，检验防护效果，分析静电损伤程度。测量参数广泛，除了常用的电阻、电容、电压和电场参数外，还有电荷量、静电感应能量、静电电荷衰变时间、放电波形、伏安特性曲线、频率响应、泄漏电流、温度系数、湿度系数等规定了特定条件的复杂参数。因此测量仪器和计量标准有其特殊之处。如静电耗散材料和绝缘材料的电阻特性，要考虑电压系数的影响，必须规定开路测量电压；测量静电电压要考虑输入电阻影响；静电电容与交流电容概念不同 ，测量方法也不一样等等。

3、 工程技术标准化

静电防护工程学是一套知识体系，承载这套知识体系的重要载体是各个行业的静电防护技术标准和管理标准。静电防护的技术要求、管理要求、产品规范和测试方法都用标准化的形式来指导工程技术的应用。2100433B

国家标准《静电防护管理通用要求》（GB/T 39587-2020）有利于推进中国静电防护工作，确保静电安全和产品质量，借鉴PDCA（即策划一实施一检查一改进）的体系化管理方法，规范静电防护管理要求，为静电防护管理体系认证提供依据。 2100433B

参考资料：

静电防护管理通用要求制定背景

静电与静电放电会对电子产品、石油化工、军工民品等诸多行业的科研、生产、储运、使用、处置等活动产生一系列不利影响，静电防护工作效果直接关乎生产安全与产品质量。静电防护管理主要通过对把控重要要素、规范关键流程、落实保障背施等提出要求，促进静电防护工作有效实施，保证静电防护工作效果。在不同行业中，静电敏感物自身各有特点，静电防护的目标有所不同，如易燃易爆危险化学品/武器弹药静电防护工作主要目标为生产安全保障、电子产品静电防护工作主要目标则为产品质量保证，所采取的相应静电防护技术措施有所区别，但在静电防护管理上的思路、要素、方法具有很多共性，因此需要基于PDCA（即策划一实施一检查一改进）方法来建立通用性的静电防护管理要求。

静电防护管理通用要求编制进程

• 标准计划

2018年7月18日，国家标准计划《静电防护管理通用要求》（20181031-T-424）下达，项目周期24个月，由424-cnis（中国标准化研究院）提出并归口上报及执行，主管部门为中华人民共和国国家市场监督管理总局。

• 起草阶段

标准计划任务下达后，标准编制工作组对静电防护管理相关标准进行了更加深入细致的调研和对比分析，在此基础上对中国国内相关实际需求进行了调研，经多次讨论修改形成标准征求意见稿，即《静电防护管理通用要求》（征求意见稿）。

• 发布实施

2020年12月24日，国家标准《静电防护管理通用要求》（GB/T 39587-2020）由中华人民共和国国家市场监督管理总局、中华人民共和国国家标准化管理委员会发布。

2021年7月1日，国家标准《静电防护管理通用要求》（GB/T 39587-2020）实施。

静电防护管理通用要求制定依据

国家标准《静电防护管理通用要求》（GB/T 39587-2020）依据中国国家标准《标准化工作导则—第1部分：标准的结构和编写》（GB/T 1.1-2009）规则起草。

静电防护管理通用要求起草工作

主要起草单位：中国标准化研究院、北京东方计量测试研究所、中国石油集团安全环保技术研究院大连分院、中国空间技术研究院、浙江一远静电科技有限公司、四川航天计量测试研究所、东莞市景曜防静电科技股份有限公司、南京信息工程大学、上海晨隆静电科技有限公司、陆军工程大学、中国电子技术标准化研究院、上海防静电工业协会、兵器工业安全技术研究所。

主要起草人：郭德华、季启政、马端祝、张宇、高志良、胡小峰、蔡利花、闵忠、徐勃、万发雨、黄建华、安刚、何积浩、叶昕、曾丹、孙学智、楚开猛、徐斌、杨铭、王若珏、张雪雪、高艳玲、张益渊。