靜電放電是一種自然現象,經驗表明,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"里(人/地毯/大地)的平均電容約為幾十至上百pF,可能產生的電壓要達到15kV.研究不同的人體產生的靜電放電,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.電子工程師們發現,靜電放電多發生于人體接觸半導體器件的時候,有可能導致數層半導體材料的擊穿,產生不可挽回的損壞.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國內靜電放電標準描述的是在低濕度環境下,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場測試兩種,標準規定,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.現場試驗則受制于現場環境,主要用于現場情況摸底,而不能作為鑒定試驗.現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范性是保證試驗結果重復性和可比性的一個關鍵.配置可以由用戶自行制作,標準對此作出了規定,歸結起來有以下幾點:
(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).接地線要按生產廠的規定接地(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,影響試驗結果。
b. 靜電放電測試方法
標準規定,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)。
試驗時,被試設備處在正常工作狀態。
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(也有規定為1次/5秒的產品),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,直到放電發生為止.為改善試驗結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) 靜電放電現場測試
現場測試是設備在安裝條件下進行的試驗.通常是設備在現場受挫后,作為摸底,由制造商和用戶協商后進行的試驗。
現場測試的布置，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.參考接地板與現場的安全地相連,或連接在試品及其系統的接地端子上.發生器的接地回線接在靠近試品及其系統放電點的參考接地平面上。
當試品及其系統安裝在金屬桌子上時,而金屬桌子又未與現場的安全地連接時,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。
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