机械结构在电子产品中如何防止静电

梁华成

时运达(深圳)电子有限公司工程部，广东 深圳 518004

机械结构在电子产品中如何防止静电

梁华成

时运达(深圳)电子有限公司工程部，广东 深圳 518004

本文通过了解静电的基本概念、特性和危害，电子产品在防止静电干扰设计中，阐述了在机械结构方面防止静电有效方法，确保产品安全可靠，提高产品质量。

机械结构；电子产品；静电；安全所谓静电是指物体表面过剩或不足的静止的电荷；也可以说是一种处于相对稳定状态不产生流动的电荷。

1、静电的基本概念

1.1 静电就是不平衡分布的电子，正负电荷有异性相吸，同性相斥的力量，即库仑定律。

1.2 静电场是电场的一种特殊形式，如果物体所带电荷相对观察者没有宏观的位移，则可认为物体周围的电场是静电场。

1.3 静电感应是导体在静电场中特有的现象。所谓静电感应，就是导体在静电中，其表面不同部位感应不同电荷或导体上原有电荷重新分布的现象。

2、静电的基本特性

2.1 在电子工业生产中，产生的静电具有高电位、小电量、对地分布电容小，泄漏与放电时间短的特点。

2.2 静电受环境条件，特别是湿度的影响比较大。

2.3 静电与大地间有电位差，电流破坏元件的绝缘或导体，使元件不能工作。

3、静电的危害

静电的危害很多，主要来源于带电体的互相作用，其中最严重的静电放电引起可燃物体的起火和爆炸。静电对电子产品的影响，由于现在以高技术产品为主，集成电路元器件的线路缩小，使得器件耐静电冲击能力的减弱，静电电场和静电电流（ESD）成为电子产品的致命杀手，特别是IC类对静电敏感，静电可以影响产品的功能和寿命，破坏元件的绝缘或导体，从而使电子产品不能工作，有的虽然能工作，但寿命受损了。有的电子产品因受到静电损伤后，性能没有明显的下降，但经多次积累后，放电会给元件造成内伤而形成隐患，从而增加了对静电的敏感性。静电对元器件的周围导体直接接触或非接触式放电，常会将电路导体烧融，这是一个极容易被人们忽视的危险因素。

4、机械结构防止静电的方法

静电问题直接影响的是消费者，但实际上也影响到制造商及供应商，在电子产品上进行防护，可免增加成本、减低质量等，所以我们在开发设计产品时必须考虑静电干扰问题。为了防止静电干扰，无论电子工程师在PCB板（线路板）上做任何补救办法，成果都是有限的，只能提高一部分的耐静电能力，因此，一定要机械结构的配合。笔者在从事多年电子产品开发设计中，总结了机械结构防止静电的方法如下：

4.1 封

所谓封，就是用不导电的物料，密不透“电”地封住，不给静电进入产品内部。在电子产品开发设计上，利用塑胶底面壳的止口配合，其作用是底面壳互相固定和防止静电，电子产品的止口位置尽可能做到封闭，达到有效防止静电。很多时候在电池门与底壳之间的配合位置，静电测试不合格，由于电池门下面有电池和五金片，而底壳与电池门间的配合是有间隙的，因此，静电会从间隙和五金片进入产品内，从而影响产品的功能。为了在电池门位置有效地防止静电，开发设计型号是VR5004产品，电池门要求是推扣式的，即是从VR5004一端推入同时扣住底壳。经过笔者仔细研究，深入检查，在不影响外观和结构的情况下，将底壳和电池门配合的外形部分，增加了止口配合，这种设计新颖，VR5004产品成功地通过了静电测试。既保证底壳和电池门之间的配合稳定，又能防止静电干扰，一举两得，解决了电池门位置静电测试不合格的难题。

在静电测试方面，我们使用静电放电模拟器型号是NSG435如图1，这种静电放电测试法具有可靠性、可重复性和操作简易性等优点。其中的液晶显示屏显示：放电电压、极性、空气或接触放电、计数器或预置计数器、开关功能和电池监测等。常用的ESD防静电测试设定标准:与导电物体的接触放电电压≥4kV，与非导电物体的非接触放电电压≥8kV。静电与大地间因有电位存在，如果触及电路时，就会产生电流即为放电电流。由于静电感应，不带电的导体可以变成带电的导体，即不带电的导体可以感应起电。静电放电是指当带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质电离而使带电体上的电荷部分或全部消失的现象。

图1 静电放电模拟器

在有LCD（液晶显示器）产品中，由于普通LCD都是平面的，但也有少数是弧形的，因弧形LCD价格太贵和较难生产等方面原因，所以我们的产品都用平面的LCD，面壳装LCD窗口的位置要为平面，使LCD要贴紧面壳，一方面可以防尘，另一方面可以防止静电。

在塑胶按钮方面设计，通常在一端有封闭的围边，围边有防止按钮往外面甩出、防尘，更重要的是防静电。由于按钮与壳的配合是有间隙的，按钮有了围边会封住静电进入产品内。

在橡胶按钮方面，笔者设计型号是CL42产品，有23个橡胶按钮，笔者在整块橡胶按钮底面的外形增加了围骨,与面壳整体的按钮周边的围骨相配合，橡胶按钮有了围骨，一方面保证用大力度按或者从侧面按时，按钮不会偏边，或者不会顶住面壳孔边及防尘；另一方面是防止静电。由于橡胶按钮与壳的孔位配合需要较大间隙，通常每边要有0.25mm以上，否则，橡胶按钮有时会顶住壳的孔边，产品质量不合格。因橡胶材料容易产生静电，而CL42产品通过静电测试合格，在单一橡胶按钮难控制的情况下，笔者采用整块增加围骨，达到防静电效果，是解决有多个橡胶按钮防静电的可行方法。

4.2 更换保护纸

在日常生活中，两种不同材质的物体相互接触后再分离，就会产生静电。贴在LCD窗口上的保护纸，由于它与LCD接触摩擦产生静电，可以破坏产品的正常功能。笔者设计型号是TM56产品，生产部在试产100个的时候，发现有部分的LCD没显示。经过逐个检查，最后发现问题在LCD窗口上的保护纸，TM56是给客人设计的产品，客人指定在LCD窗口上增加保护纸。当换成另一款保护纸时，LCD的显示功能正常。因保护纸与LCD接触产生的静电，影响了电子部分的正常功能，导致LCD没显示，由于问题发现及时，只是更换其它材质的保护纸，这种现象很少见，也是防止静电干扰的一种办法。

4.3 接地

所谓导电性物体，即物体中的电子可以自由移动，物体中的电位会迅速恢复平衡，达到每点电位平等。导电性物体的静电消除方法：我们可以简单地加以接地，给予这些不平衡的电子一个通路，泄放到大地。

接地是最简单又最可靠的办法，这样可以把电荷引入大地，避免静电积累，是防静电干扰的重要措施之一。静电对电子产品不良影响日益显著，为了预防静电干扰和提高电子产品质量，结合实际情况，采用接地的办法主要用于手表设计上。笔者参加设计型号是AR05手表，底壳是金属的，因AR05有响闹功能，底壳上有蜂鸣片，笔者通过设计金属片，利用金属片一端固定接触手表机芯的正极，另一端接触金属底壳。这种设计有两方面作用：一方面是利用金属底壳的导电性能，给蜂鸣片正极供电，满足响闹功能的需要；另一方面，当我们带上AR05手表时，金属底壳和人体接触，静电可从手表机芯，经过金属底壳和人体连接泄放到大地。AR05手表通过静电测试合格，金属底壳经过人体接地是解决导电性物体的静电干扰的有效方法。

4.4 屏蔽

在有静电场所的地方，可利用静电屏蔽原理，防止静电危害。在防止外界电场干扰方面，静电屏蔽原理得到了广泛应用。静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域内，用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响。笔者参加设计型号是USB5015产品，该产品有一个激光模组，是USB5015产品重要部分，选用的激光模组主要技术参数如下：

输出功率：0.6mW～0.95mW;工作电流：最大值是15mA;工作电压：3V;输出波长：640nM～660nM(纳米)，典型值是650 nM(纳米);工作温度：-10℃～+50℃，典型值是25℃;存储温度-20℃～+65℃;15米处光点大小：最大值是15 mm X15 mm；同心度最大值是±3度；外形尺寸是直径（φ）6.5 mm×18 mm。

为了保证USB5015的安全性，笔者选用该激光模组要有CE证书、ROHS(环保）安全证书、美国FDA（安全）证书和欧洲TUV的Laser Class 2(安全等级2) 等证书。有了这些证书，充分证明USB5015产品的安全可靠，用户不用怕激光模组会伤害眼睛和皮肤，这样可以放心使用了。

我们要求供应商在供货时，要用静电屏蔽袋包装，保证激光模组在运输和储存不受静电影响。来货时是采用静电袋包装，静电袋的构造和功能如下：内层：抗静电聚乙烯，不产生静电；中层：加强的聚酯纤维，增加机械强度；外层：镀镍，成为良好导体，可瞬间放释电荷，形成屏蔽即法拉第容器，所以USB5015产品没受到静电干扰。

5、结语

通过了解静电的基本概念和危害，为了更好地解决电子产品的静电干扰问题和提高产品质量，从工程应用实际出发，机械结构在电子产品防止静电干扰方面是很关键的。在电子产品开发设计中，不同的产品有不同的特点，要用不同的结构设计，做到具体问题具体分析，确保所开发设计的产品安全可靠，从而满足客户的需要以及生产的要求，对提高经济效益和社会效益起到重要作用。

参考资料

[1]静电放电及防护基础知识

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.050

梁华成,男.工程师。