各類電子武器裝備列裝部隊后,加速了部隊裝備的信息化進程,提高了部隊的戰斗力。但與此同時,有些官兵們對電子裝備產生的電磁輻射卻存在著一些認識上的誤區。聽說接力機存在電磁輻射,有的接力機操作員整天愁容滿面,久而久之患上了失眠癥;有的操作員結婚兩年多了,聽說電磁輻射影響生育,至今不敢要小孩,打算等退伍以后再說……類似的例子還很多。其實,我們每個人都生活在電磁輻射之中,打電話、看電視都會受到一定的電磁輻射。所以說,人體對一定量的電磁輻射還是能夠吸收和抵御的,只要正確認識并施以科學的防范,武器裝備的電磁輻射不會對人的身體健康造成危害。
事實上, 在人們的日常生活和部隊的軍事訓練中, 經常會遇到靜電現象。那么, 靜電到底是什么, 它的產生機理以及它有哪些危害, 如何預防和消除這些危害, 是我們必須考慮和解決的問題。
靜電是一種電能,它存在于物體表面,是正負電荷在局部失衡時產生的一種現象。靜電現象是指電荷在產生與消失過程中所表現出的現象的總稱,如摩擦起電就是一種靜電現象。
一、靜電對電子裝備形成的危害
國防電子工業中靜電障害可分為兩類:一是由靜電引力引起的浮游塵埃的吸附;二是由靜電放電引起的介質擊穿;
1. 靜電吸附
在半導體元器件的生產制造過程中,由于大量使用了石英及高分子物質制成的器具和材料,其絕緣度很高,在使用過程中一些不可避免的摩擦可造成其表面電荷不斷積聚, 且電位愈來愈高。由于靜電的力學效應,在這種情況下,很容易使工作場所的浮游塵埃吸附于芯片表面,而很小的塵埃吸附都有可能影響半導體器件的良好性能。所以電子裝備的生產必須在清潔環境中操作,并且操作人員、器具及環境必須采取一系列的防靜電措施,以防止和降低靜電危害的形成。
2.介質擊穿的分類
由靜電引起元器件的擊穿是電子裝備中靜電危害的主要方式。在強電場中,隨著電場強的增強,電荷不斷積累,當達到一定程度時,電介質會失去極化特征而成為導體,最后產生介質的熱損壞現象,這種現象稱為電介質的擊穿。介質擊穿分熱擊穿、化學擊穿和電擊穿三種形式。
?。?)熱擊穿介質工作時,當損耗產生的熱量大于介質向周圍散發的熱量時,介質的溫度迅速升高,導電隨之增加,直至介質的熱損壞??梢姛釗舸┑暮诵膯栴}是散熱問題。所以熱設計是武器設計的重要環節之一。
?。?)化學擊穿。在高壓下,強電場會在介質表面或內部的缺陷小孔附近產生局部空氣碰撞電離,引起介質電輝,生成化學物質--臭氧和二氧化碳,使絕緣性能降低,致使介質損壞。
?。?)電擊穿。電擊穿是介質在強電場作用下, 被擊發出自由電子而引起的。自由電子隨電場強度的增加而急劇增加,從而破壞介質的絕緣性能??梢婋姄舸┑谋举|是電荷積聚所致,
因而防止電荷積聚就可防止電擊穿。一般把擊穿的臨界電壓稱為擊穿電壓, 臨界場強稱為擊穿場強。例如: E空氣 = 3 kV/m, MOS管結構的E柵氧化摸 = 1.0×106kV/m。
3.靜電的擊穿與放電
?。?)靜電放電
靜電放電與外加穩定電源產生的放電雖然同為電荷積聚所致,但又有著明顯的區別。首先,在靜電放電的情況下,起放電電源是空間電荷,因而它所儲存的能量是有限的,不像外加電源那樣具有持續放電的能力,故它僅能提供短暫發生的局部擊穿能量。雖然靜電放電的能量較小, 但其放電波形很復雜,控制起來也比較麻煩。半導體器件的軟擊穿就與它有關。
?。?)靜電擊穿 由靜電擊穿引起的元器件擊穿損壞是電子國防工業中,特別是電子裝備制造中最普遍、最嚴重的危害。
靜電放電可能造成器件硬擊穿或軟擊穿。硬擊穿是一次性造成器件的永久性失效,如器件的輸出與輸入開路或短路。軟擊穿則可使器件的性能劣化,并使其指標參數降低而造成故障隱患。由于軟擊穿可使電路時好時壞(指標參數降低所致),且不易被發現,給整機運行和查找故障造成很大麻煩。軟擊穿時裝備仍能帶"病"工作,性能未發生根本變化,很可能通過出廠檢驗,但隨時可能造成再次失效。多次軟擊穿就能造成硬擊穿,使電子裝備運行不正常,既給部隊造成損失,也影響廠家聲譽和裝備的銷售。
4.人體靜電
在工業生產中,引起元器件損壞和對電子裝備的正常運行產生干擾的一個主要原因是人體靜電放電。人體靜電放電既可能造成人體遭電擊而降低工作效率,又可能引發二次事故(即器件損壞),因此人體靜電應引起足夠重視。人體形成靜電的原因是人體在軍事訓練中,把人體所消耗的機械能在活動中轉換為電能。人體是一個靜電導體,當與大地絕緣時(如穿的鞋底為絕緣物質),人體與大地就形成一個電容,使電荷儲存起來,其充電電壓一般 ≤50kV。當電荷儲積到一定程度時,一旦條件成熟會放電形成火花,瞬時放電電壓可達數千千伏,放電功率可達幾千千瓦。
?。?)人體靜電的起電方式
?、?nbsp;起步電流 ,②摩擦帶電及其它帶電。此外,當人體靠近帶電物體時,也會感應出大小相等、符號相反的電荷以及帶電顆粒的吸附,所有這些都是人體產生靜電電荷的誘因,進而通過傳導和靜電感應,最終使人體呈帶電狀態。
?。?)影響人體帶電的因素
?、倨痣婋娏?。②人體對地電阻。人體電阻分兩種:表面電阻和體積電阻。③人體電容。一般指人體對地的電容和人體對周圍物體的電容。
?。?) 人體放電電擊感度
人體帶電放電時,人體會有不同程度的反映,這種反映稱為電擊感度。當人體受到靜電電擊時,雖不會發生重大生理障礙,但可能影響人的工作效率,或造成精神緊張和二次破壞等。
二、應該引起注意的電子裝備防靜電
為什么要防靜電?那是由于電子裝備的迅速發展,體積小、集成度高的器件得到大規模生產,從而導致導線間距越來越小,絕緣膜越來越薄,致使耐擊穿電壓也愈來愈低。而電子裝備在生產、運輸、儲存和轉運等過程中所產生的靜電電壓卻遠遠超過其擊穿電壓閾值,這就可能造成器件的擊穿或失效,影響裝備的技術指標,降低其可靠性。由此可見,靜電是電子行業發展中的一大障礙。所以預防靜電必須提到議事日程上來,以確保裝備的質量。
為使電子器件及裝備在購買、入庫、發料、檢驗、儲存、調測和安裝等過程中免受靜電危害,了解靜電產生的機理和一些防止靜電產生危害的相關知識是非常必要和重要的。
由于電磁輻射無色無味無形,可以穿透包括人體在內的多種物質,而且各種電子自動化裝備、通訊工具,如雷達站、衛星站、電腦等,只要處于運轉狀態,其周圍就存在電磁輻射。較大能量的電磁輻射對人體的危害主要有:影響心血管系統,表現為心悸、失眠、白細胞減少等;影響視覺系統,表現為視力下降、誘發白內障等;影響人體的循環系統、免疫力和代謝功能。
電磁波對人體產生的危害,大部分是由于當事人缺乏相關知識造成的。武器裝備生產出廠時,它的輻射頻率、輻射范圍和操作程序都有明確規定,一般情況下,只要操作人員嚴格按照規程操作,就能把電磁輻射減少到人體能夠承受的最低限度。在使用新裝備過程中,怎樣才能降低或避免電磁對人體產生的過量輻射呢?常見的辦法有以下幾種:
?。?)用防護裝備屏蔽輻射。許多物質具有很好的阻擋和吸收射線的功能,在不影響裝備操作的情況下,在人和輻射源之間用這些物質做成隔離體,可以起到很好的防護作用。如給長期與電臺、雷達站等有關裝備打交道的官兵,以及醫務、科研戰線上因工作需要必須與輻射源打交道的人員,及時配發針對電磁輻射的屏蔽防護服,將電磁輻射最大限度地阻擋在身體之外;給雷達、衛星車等有顯示屏的電器裝備安裝電磁輻射保護屏;給操作員配戴防輻射眼鏡,防止屏幕輻射出的電磁波直接作用于人體等等,從而可以實現有效屏蔽。
?。?)通過科學組織訓練減小輻射。條件有限的單位,無法屏蔽防護時,可以采用遠距離或短時間訓練來防護。一般來講,雷達車、接力車、通信干擾車等裝備,應該嚴格按教材規定執行,如需要長時間使用時,應注意每間隔一段時間換班一次或休息一會兒,以減輕操作員所受輻射的影響。當裝備暫停使用時,最好關閉電源而不要處于待機狀態。
?。?)盡量減少輻射源的輻射強度。訓練時,對訓練裝備進行合理搭配,尤其不要把通信車、衛星車、接力車等一些易產生電磁波的裝備近距離集中在一起訓練。另外,訓練時盡量把裝備功率擋調到能保證訓練的最低擋位,避免人為加大輻射強度。
此外, 為防止靜電積累所引起的人身電擊、火災和爆炸、電子器件失效和損壞,以及對生產的不良影響而采取的防范措施。其防范原則主要是抑制靜電的產生,加速靜電的泄漏,進行靜電中和等。人穿非導電鞋時,由于行走等活動會產生、積蓄電荷,并可達到千伏級的電位。兩個不同的物體相互接觸時,在其界面上產生電荷移動,正、負電荷相對排列形成雙電層。若將物體分離,會在兩個物體上各自產生極性不同的等量電荷。防止這種靜電的原則是:對產生靜電的主要因素(物體的特性、表面狀態、帶電歷史、接觸面積和壓力、分離速度等)盡量予以排除;使相互接觸的物體在帶電序列中所處的位置盡量接近;使物體間的接觸面積和壓力要小,溫度要低,接觸次數要少,分離速度要小,接觸狀態不要急劇變化等。粉體、液體、氣體在運輸過程中由于摩擦會產生靜電。因此,要采取限制流速、減少管道的彎曲。增大直徑、避免振動等措施。
靜電防護除降低速度、壓力、減少摩擦及接觸頻率,選用適當材料及形狀,增大電導率等抑制措施外,還可采取下列措施:①接地。②搭接(或跨接)。③屏蔽。④對幾乎不能泄漏靜電的絕緣體用抗靜電劑以增大電導率,使靜電易于泄漏。⑤采用噴霧、灑水等方法提高環境濕度,抑制靜電的產生。⑥使用靜電消除器,進行靜電中和。
為使電子裝備在發運、入庫、儲存、調測和安裝等過程中免受靜電危害,了解靜電產生的機理和一些防止靜電產生危害的相關知識是非常必要和重要的。
三、電子裝備生產過程中消除靜電的途徑
防靜電主要是防止靜電放電??刂旗o電放電要從控制靜電的產生和控制靜電的消除兩方面入手??刂旗o電的產生主要是控制工藝過程和工藝過程中材料的選擇;控制靜電的消除主要是加速靜電的泄露和中和。這兩點共同作用才能使靜電電壓不超過安全閾值,以達到靜電防護的目的。
靜電能對靜電敏感器件造成障害,但它是可控的,可消除的。為此要討論生產過程中靜電防護系統的安全工作原理,以及靜電的消除和靜電的防護方法。
1.靜電的消除特性要消除靜電首先要明確對靜電防護的基本思想:
?、?nbsp;對有可能產生靜電的地方要防止靜電荷的聚集。即采取一定的措施避免或減少靜電放電的產生??刹捎眠叜a生邊泄露的辦法達到消除電荷聚集的目的。
?、趯σ汛嬖诘碾姾煞e聚,應迅速地消除掉。當絕緣物體帶電時,電荷不能流動,無法進行泄漏,可利用靜電消除器產生異性離子來中和靜電荷。當帶電的物體是導體時,則采用簡單的接地泄露辦法,使其所帶電荷完全消除。要構成一個完整的靜電安全工作區,至少應包括有效的靜電臺墊、專用地線和防靜電腕帶等。
2.靜電的基本防護途徑靜電的控制技術是在靜電電荷積聚不可避免的情況下,采取綜合措施將靜電危害控制在允許的范圍內。
?、俟に嚳刂品ā∧康氖窃谏a過程中盡量少地產生靜電荷。對工藝流程中材料的選擇、裝備安裝和操作管理等過程應采取預防措施,控制靜電的產生和電荷的聚集,抑制靜電電位和放電能量,使危害降到最小程度。
?、?nbsp;泄露法 目的是使靜電荷通過泄露達到消除。一般采用靜電接地使電荷向大地泄露,通常利用增大物體電導的方法使靜電泄露。
?、垤o電屏蔽法 采用接地的屏蔽罩把帶電體與其它物體隔離開,這樣帶電體的電場將不影響周圍其它物體,這種屏蔽方法叫內場屏蔽。有時也用接地的屏蔽罩把被隔離物體包圍起來使被隔離物免受外界電場的影響,這種屏蔽方法叫外場屏蔽。
?、軓秃现泻头捌渌⊥ㄟ^復合中和法來達到靜電荷的消除。通常用靜電消除器產生的異性離子來中和帶電體的電荷,并有可能使帶電物體表面光滑以及周圍環境更加清潔,從而減少尖端放電的可能性。