PCB技術 - オーディオ設備の静電発生と防護について

1.静電発生

静電は静止状態にある電荷で、物体表面の局所範囲内で電子またはイオン移動が正負電荷をアンバランスさせて発生します。静電は電気エネルギーで、高電位、低電力量、小電流と作用時間が短いという特徴があります。物体間に静電気が発生する形式には、接触帯電、両物体接触時の熱力学的原因又は物体キャリアがフェルミ分布に従うため、接触電位差を形成します。もちろん接触電位差の大きさは物体材質と関係があり、分離帯電し、互いに接触した2つの物体が乾から突然分離すると、接触電気層の平衡を破って帯電します。摩擦起電は、実際には接触帯電と分離帯電の合成です。

2.静電放電及び設備部品への危害

静電放電は、異なる静電電位の物体が互いに接近したり、直接接触したりすることによる電荷移動です。静電放電は高電位、強電場、瞬時大電流の過程で、強い電磁放射を発生して電磁パルスを形成します。静電放電は2つの物体の間に現れてもよく、物体表面から電荷を経て直接空気に放電されてもよいです。

近年、電子部品の発展に伴い集積化が進み、対応する静電電圧が低下しつつあり、異なる種類の電子部品が静電破壊される度合いも異なり、数十ボルトの静電圧も破壊をもたらすことが求められています。電子部品が軽、薄、短、小、高密度、多機能などの方向に発展するにつれて、電子部品のサイズはますます小さくなり、特にマイクロ電子部品、超微細、超薄の加工技術と製品の微細構造、サイズの減少は、電子部品を静電放電に対してより敏感にさせました。

静電放電と誘導現象による危害は非常に深刻です。人体の静電気による静電気放出時、放出時間はわずか0時数マイクロ秒で、瞬時パルスは高く、平均電力はキロワット以上に達することができ、敏感な部品を破壊したり焼却したりするのに十分です。静電放電による静電ノイズはネットワーク上で伝送されるデータストリームとデータ通信に影響を与え、機械室内のコンピュータ、放送制御装置などの静電敏感装置の誤動作を引き起こす可能性があります。また、静電気を帯びた物体は塵埃を吸着しやすく、設備に大量の塵埃を蓄積させ、計器金属外殻の遮蔽効果を低下させ、設備性能に影響を与えます。機械室には大量のコンピュータ設備が存在し、磁気ヘッド、レーザーヘッド、磁気ディスクなどの表面積に塵があると情報の読み込み（読み出し）性能が低下し、信号が歪み、データの誤りが発生し、さらに設備が損傷します。また、高強度静電蓄積及び静電放電は映像監視装置にも明らかな影響を与え、画像の乱れ、ぼやけを引き起こしやすいです。

図１　静電現象

 3.静電防護措置

1）接地

アースとは、静電気防止製品やその他の機器を1本のアースに接続することです。地線を埋める方法を用いて「独立」地線を構築します。アースと大地の間の抵抗を10Ω未満にして、導体上に集積する可能性のある電荷を放出することが作用します。接地方法には、手首ベルトを介して人体が接地されています。人体は静電気防止靴と静電気防止床を通じて接地され、テーブルの接地試験器具、ツールクリップ、アイロンなどの接地、静電気防止床、床マット接地などです。

2）静電気除去装置の使用

イオンファン、イオンファンガンのように、静電キャンセラに大量の正負電荷を発生させ、それを風で静電のある場所に吹き付けると、静電は逆極性の電荷で中和されるのが原理である良い静電キャンセラです。静電除去設備には人体静電放出警報器、人体静電除去器、クリーンルーム用掃除機、イオンノズル、イオンファンロッドなどがあります。

3）静電気除去剤の使用

静電除去剤を用いて機器と物体表面を洗浄し、物体表面の静電を迅速に除去することができます。帯電防止剤は油脂を原料とし、主成分は四級アミン塩で、その作用は化学繊維、ゴム、プラスチックなどの物体の表面に空気中の水分を吸着させ、導電率を増加させることです。

4）周囲温湿度の制御

機械室の温度を制御することは機械室内の各種物体電子の遊離と貫通速度を制御し、静電荷の発生を減少させることができます。湿度は機械室の静電気に与える影響が大きく、媒体物体が湿潤な環境にある中で水分吸着現象が発生し、吸着した水分は媒体物体の表面伝導率の向上を招き、それによって静電荷漏洩能力を増強させ、静電荷の減衰を大幅に加速させます。しかし、機械室の環境湿度も無制限に大きくすることはできず、設備電子部品の極間短絡、漏電などの要素も考慮しなければなりません。一般的には、機械室の湿度は50～60%に抑えることができます。加湿器、精密エアコンなどの設備を使用すると、機械室の湿度環境を効果的に制御することができます。