智能仪表正以多功能、一体化、精度高、体积小和使用方便等独特的优点受到各行各业青睐,在智能仪表中,正越来越多地采用半导体器件和中、大规模集成电路芯片等静电敏感器件。笔者在维修智能仪表时,不可避免地要拆换那些装有静电敏感器件的电路板,若不注意静电防护,很容易造成仪表内元器件的损坏。有时,静电放电完全能击毁任何一种固态仪表器件,甚至小信号的高频检波二极管也会被击穿。根据有关测定,人身带的静电电位一般可达几千伏、上万伏,最高可达50 kV 。如此高的静电电位一旦靠近或接触仪表的印刷电路板的接口时,就不可避免地会发生静电放电。据测大多数的CMOS 和混合式集成电路的损坏电位在400～1000 V 之间,也不过是1～215 kV。现在人们穿的化纤制品衣物,经相互磨擦以后很容易就能产生静电。又因为化纤制品是一种很好的绝缘体,一旦产生电荷就以不同的电平存在衣物上,很难散失掉。因此,人体的静电电压如果不消除掉,而去接触电子器件,就会引起静电放电,就可能在不知不觉中造成器件的击穿,将静电敏感器件损坏,对电子系统造成威胁。因此,笔者建议在仪表维修中一定要注意静电放电的防护。

对静电放电影响电气电子产品质量性能,在很多行业都没有引起人们的共识,这主要是存在着许多使人做出错误判断的原因。静电对器件的危害,是看不见、摸不着的,但客观存在,只有通过专用的设备和技术,如电子扫描显微镜等,才能观察到损坏机理,因此,若元器件性能不好或损坏,往往认为是制造缺陷或一般使用不当所致,解决的办法就是采用元器件备份的被动方法,而没有考虑从静电损害上去找原因。因此,对静电损坏造成智能仪表的危害的进一步认识,是非常重要和必要的。电子元器件的静电损坏分为两种情况:一种情况就是完全损坏;另一种情况就是电老化或“软击穿”。完全损坏的元器件很容易判断出来,会立即予以报废,虽然会增加维修成本,但不会对智能仪表的性能造成潜在的危害。电老化的元器件在一般情况下是发现不了的,只有通过专用测试仪大量反复地测试其指标,才能判断出来,一旦对之视为合格品,用于智能仪表而造成智能仪表的实际寿命与可靠性指标大大降低,并使得仪表故障定位的难度和维修成本大大增加。

静电防护的基本原则:一是尽可能阻止(降低)静电产生的可能性和减少静电荷积累;二是让静电荷能及时得以泄放。

其原理是采用离子空气法,通过吹出带有正负离子的气流,从而消除物体所带的静电,特别是消除非导体所带的静电,这种方法应用于维修智能仪表前消除它本身所带的静电。

各种普通塑料及制品,塑料文件夹,普通泡沫塑料薄膜等,在移动、剥离、碰撞过程中都会产生很高的静电电压,由于这些材料的高阻性,放电时间非常长,无法通过接地回路在短时间内达到安全值,因此应禁止使用这些东西存放智能仪表的电路板。智能仪表中的各类元器件,组件和所有半导体器件,都应用静电屏蔽袋包装,或置于有静电屏蔽的容器内。包装上应有清晰而醒目的防静电标志。

维修仪表时应穿上纯棉或特殊的防静电纤维制成的工作服、鞋、帽等;手工焊时用流水冲洗手,尽量不用手触摸集成电路芯片管脚;使用防静电低压恒温烙铁或断电焊接、防静电吸锡器等。工作时要避免摩擦动作,如穿、脱工作服,擦手脚等。因这些动作容易产生静电。在库房保管中,智能仪表元器件的保管都应实行静电放电控制,桌垫、货架、地板等都要采用本质上是导电的材料,存放抽屉也应裱上导电材料。仓库管理人员在接触静电敏感元器件时,最好都应穿戴接地鞋束和带上腕带,存储区内应张贴醒目的防静电放电标志,标明敏感器件的内容及拿取和包装时的指导说明。

当维修仪表电路时,维修人员应带上导静电腕带,它看起来象一条导线,但它并非一条纯导体,其中接有200 kΩ～20 MΩ 电阻。腕带环套在人手腕上;另一端接在大地上。这样,可防止人身上带静电而损坏元器件。一旦人身上有静电荷积聚时,电荷就通过腕带环流入大地,从而起到了防人体上带静电烧坏电路元件的目的。接电阻的目的在于防止腕带导线裸露后,误触上电路板中的220 V 电源造成人身伤害。
另外,在维修工作中使用的电烙铁及吸锡器等工具外皮都要接地,以保证工作中无静电放电发生。尚未装入防静电屏蔽袋内的元器件或印刷电路板一定要放在防静电桌垫上。取元器件时应持其外壳,拿印刷电路板时应持没有引出脚的边缘,即使已带上接地的腕带也要避免接引线或接头导线。在印刷板上加有电源时,一定要去掉电源后才能插拔电路板或拆装元器件。被怀疑失效的元器件、电路板、组件等,也应该认真对待,否则容易继续造成损坏以致无法找出最初造成损坏的原因。在拿取智能仪表元器件之前,应用手先接触一下接地的机壳或防静电桌垫,即使带着防静电腕带也应如此,以防止静电积存。每一个仪表维修工都要养成这种良好的习惯。

从事仪表维修的工作人员必须在防静电的工作台上进行工作,工作台上垫有一张聚脂防静电塑料胶皮垫,它是一种绝缘材料,不会聚集静电荷。工作时,工作台上不应放置其他杂物。特别应随时清除工作区内的静电危险物,如普通塑料袋,纸制品等。以保证工作台上无静电放电发生。虽然静电放电的危害很大,但如果能事事按防静电要求操作,一切损失都是可以避免的。

总之,智能仪表的静电保护是一项系统工程。首先要提高对静电危害的认识,其次从静电敏感器件及智能仪表的使用和维修等各个过程中采取有效的防静电措施,最大限度地减少静电造成的危害。只有这样,才能减少智能仪表的维修成本,提高其稳定性和可靠性。