靜電放電是一種自然現(xiàn)象,經(jīng)驗表明,人在合成纖維的地毯上行走時,通過鞋子與地毯的摩擦,只要行走幾步,人體上積累的電荷就可以達到10-6庫侖以上(這取決于鞋子與地毯之間的電阻),在這樣一個"系統(tǒng)"里(人/地毯/大地)的平均電容約為幾十至上百pF,可能產(chǎn)生的電壓要達到15kV.研究不同的人體產(chǎn)生的靜電放電,會有許多不同的電流脈沖,電流波形的上升時間在100ps至30ns之間.電子工程師們發(fā)現(xiàn),靜電放電多發(fā)生于人體接觸半導體器件的時候,有可能導致數(shù)層半導體材料的擊穿,產(chǎn)生不可挽回的損壞.靜電放電以及緊跟其后的電磁場變化,可能危害電子設備的正常工作。
1、靜電放電抗擾度試驗標準
靜電放電抗擾度試驗(ESD)的國家標準為GB/T17626.2(等同于國際標準IEC61000-4-2) 。GB/T17626.2國內(nèi)靜電放電標準描述的是在低濕度環(huán)境下,通過摩擦使人體帶電.帶了電的人體,在與設備接觸過程中就可能對設備放電.靜電放電抗擾度試驗模擬了兩種情況:a.設備操作人員直接觸摸設備時對設備的放電,和放電對設備工作的影響;b.設備操作人員在觸摸鄰近設備時,對所關(guān)心這臺設備的影響.其中前一種情況稱為直接放電(直接對設備放電);后一種情況稱為間接放電(通過對鄰近物體的放電,間接構(gòu)成對設備工作的影響).靜電放電可能造成的后果是:a. 通過直接放電,引起設備中半導體器件的損壞,從而造成設備的永久性失效. b. 由放電(可能是直接放電,也可能是間接放電)而引起的近場電磁場變化,造成設備的誤動作。
2、 靜電放電抗擾度試驗等級
| 1a接觸放電 | 1b空氣放電 | ||
| 等級 | 試驗電壓/kv | 等級 | 試驗電壓/kv |
| 1 | 2 | 1 | 2 |
| 2 | 4 | 2 | 4 |
| 3 | 6 | 3 | 8 |
| 4 | 8 | 4 | 15 |
| × | 特殊 | × | 特殊 |
3、測試方法
靜電放電分實驗室的型式測試和現(xiàn)場測試兩種,標準規(guī)定,實驗室的型式試驗是設備鑒定和認證唯一采用的試驗方式.現(xiàn)場試驗則受制于現(xiàn)場環(huán)境,主要用于現(xiàn)場情況摸底,而不能作為鑒定試驗.現(xiàn)場試驗要征得用戶和制造商雙方一致同意后才能進行。
1) 靜電放電實驗室的型式試驗
a. 測試配置
由于靜電放電的電流波形十分陡峭,前沿己經(jīng)達到0.7～1ns,其包含的諧波成分至少要達到500MHz以上,因此試驗室里試驗配置的規(guī)范性是保證試驗結(jié)果重復性和可比性的一個關(guān)鍵.配置可以由用戶自行制作,標準對此作出了規(guī)定,歸結(jié)起來有以下幾點:
(1) 參考接地板采用0.25mm以上銅板或鋁板(鋁板易氧化,慎用).如用其他金屬,厚度至少是0.65mm以上.參考接地板實際尺寸不限,要求四周均超出被試設備(指地面設備)或試驗桌臺面水平耦合板(用于臺式設備)的每邊0.5m以上.參考接地板要和試驗室的保護接地線相連。
(2) 水平耦合板(僅臺式設備有)和垂直耦合板(后者有絕緣支架)的材料與參考接地板相同.兩塊耦合板各有一根兩端接有470kΩ電阻的電纜線與參考接地板相連,以便泄放試驗中靜電電荷.要求所用電阻有承受放電的能力;整個電纜有絕緣保護,避免與接地板短路。
(3) 對臺式設備,在水平耦合板上覆一塊0.5mm的絕緣薄板,要求試驗中此板不明顯積聚電荷.在臺式設備試驗中,水平耦合板至少比試品的每一邊大出0.1m.如試品太大,要么選用更大的試驗臺;要么選用兩張同樣的試驗臺來擺放試品,桌面上的水平耦合板不必焊在一起,而可以在兩張桌子的并合處覆一塊同樣材質(zhì)的金屬,只要各壓住每個桌面0.3m以上即可.但要求兩張桌子的水平耦合板用電阻線分別與參考接地板相連。
(4) 對地面設備,在參考接地板上要有一個0.1m高的絕緣支座,試品和試品電纜放在絕緣支座上。
(5) 所有連接線(包括參考接地板的接地電纜;耦合板上的帶電阻的連接電纜;以及放電槍接到參考接地板上的接地回線等)都必須保持低阻抗的連接。
(6) 其他應注意的地方
A. 在距試品1m以內(nèi)應無墻壁和其他金屬物品(包括儀器)。
B. 試驗中的試品要盡可能按實際情況布局(包括電源線,信號線和安裝腳等等).接地線要按生產(chǎn)廠的規(guī)定接地(沒有接地線的就不接),不允許有額外的接地線。
C. 放電時,放電槍的接地回線與試品表面至少保持0.2m的間距,避免相互間有附加感應,影響試驗結(jié)果。
b. 靜電放電測試方法
標準規(guī)定,凡被試設備正常工作時,人手可以觸摸到的部位,都是需要進行靜電放電試驗的部位(這樣的部位,除機殼以外,其他如控制鍵盤,顯示屏,指示燈,旋鈕,鑰匙孔,電源線等都在考核范圍內(nèi))。
試驗時,被試設備處在正常工作狀態(tài)。
試驗正式開始前,試驗人員對試品表面以20次/秒的放電速率快速掃視一遍,以便尋找試品的敏感部位(凡掃視中有引起試品數(shù)顯跳動,動作異常跡象的部位,都作為正式試驗時的重點考查部位,應記錄在案,并在正式試驗時應在其周圍多增加幾個考查點)。
正式試驗時,放電以1次/秒的速率進行(也有規(guī)定為1次/5秒的產(chǎn)品),以便讓試品來得及作出響應.通常對每一個選定點上放電20次(其中10次是正的, 10次是負的)。
原則上,凡可以用接觸放電的地方一律用接觸放電.對有鍍漆的機殼,如制造廠未說明是作絕緣的,試驗時便用放電槍的尖端刺破漆膜對試品進行放電.如廠家說明是做絕緣使用時,則改用氣隙放電.對氣隙放電應采用半圓頭形的電極,在每次放電前,應先將放電槍從試品表面移開,然后再將放電槍慢慢靠近試品,直到放電發(fā)生為止.為改善試驗結(jié)果的重復性和可比性,放電電極要垂直試品表面。
間接放電:
① 對水平耦合板,放電槍垂直地在離開試品0.1m處用接觸放電方式進行放電。
② 對垂直耦合板,耦合板應放在離試品0.1m處,放電槍要垂直于耦合板一條垂直邊的中心位置上進行放電.對試品垂直方向的四個面都要用垂直耦合板做間接放電試驗。
2) 靜電放電現(xiàn)場測試
現(xiàn)場測試是設備在安裝條件下進行的試驗.通常是設備在現(xiàn)場受挫后,作為摸底,由制造商和用戶協(xié)商后進行的試驗。
現(xiàn)場測試的布置，為了便于靜電放電槍的接地回線電纜的連接,應將參考接地板鋪設在地面上,并保持與試品及其系統(tǒng)0.1m的距離.參考接地板的材料和厚度都與實驗室配置的要求相同.在條件允許的情況下,接地板的尺寸為0.3m×2m.參考接地板與現(xiàn)場的安全地相連,或連接在試品及其系統(tǒng)的接地端子上.發(fā)生器的接地回線接在靠近試品及其系統(tǒng)放電點的參考接地平面上。
當試品及其系統(tǒng)安裝在金屬桌子上時,而金屬桌子又未與現(xiàn)場的安全地連接時,則應將金屬桌子通過一根兩端帶有470kΩ的電阻線接到參考接地平面上,以防止靜電積累。