黃庶

（黑龍江省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗院，黑龍江 哈爾濱 150000）

靜電是人們?nèi)粘Ｉ钪幸环N司空見慣的現(xiàn)象，靜電的許多功能已經(jīng)應(yīng)用到軍工或民用產(chǎn)品中，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電分離、靜電復(fù)印等。然而，靜電放電卻又成為電子產(chǎn)品和設(shè)備的一種危害，造成電子產(chǎn)品和設(shè)備的功能紊亂甚至部件損壞。一個操作員在正常的設(shè)備操作中也可能因衣服或皮膚帶有危害的電荷而使機器運行紊亂，甚至損壞硬件設(shè)備?，F(xiàn)代半導(dǎo)體器件的規(guī)模越來越大，工作電壓越來越低，導(dǎo)致了半導(dǎo)體器件對外界電磁騷擾敏感程度也大大提高。靜電放電對于電路引起的干擾、對元器件、CMOS電路及接口電路造成的破壞等問題越來越引起人們的重視。電子設(shè)備的靜電放電也開始作為電磁兼容性測試的一項重要內(nèi)容寫入國家標準和國際標準。

1 靜電放電形成的機理及其對電子產(chǎn)品的危害

靜電是兩種介電系數(shù)不同的物質(zhì)磨擦時，正負極性的電荷分別積累在兩個物體上而形成:當兩個物體接觸時，其中一個趨于從另一個吸引電予，因而二者會形成不同的充電電位。摩擦起電是一個機械過程，依靠相對表面移動傳送電量。傳送的電量取決于接觸的次數(shù)、表面粗糙度、濕度、接觸壓力、摩擦物質(zhì)的摩擦特性以及相對運動速度。兩個帶電電荷的物體也就成了靜電源。就人體而言，衣服與皮膚之間的磨擦發(fā)生的靜電是人體帶電的主要原因之一。

靜電源跟其它物體接觸時，依據(jù)電荷中和的原則，存在著電荷流動，傳送足夠的電量以抵消電壓。這個高速電量的傳送過程中，將產(chǎn)生潛在的破壞電壓、電流以及電磁場，嚴重時將其中物體擊毀。這就是靜電放電。國家標準是這樣定義的:“靜電放電:具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移(G B ／T4365-l995)，一般用ESD表示?！盓SD會導(dǎo)致電子設(shè)備嚴重地損壞或操作失常。半導(dǎo)體專家以及設(shè)備的用戶都在想辦法抑制ESD。靜電對器件造成的損壞有顯性和隱性兩種。隱性損壞在當時看不出來，但器件變得更脆弱，在過壓、高溫等條件下極易損壞。

2 電子產(chǎn)品的靜電放電測試及相關(guān)要求

隨著電子產(chǎn)品的復(fù)雜程度和自動化程度越來越高。電子產(chǎn)品的靜電放電(ESD)敏感度也越來越高，電子產(chǎn)品抵御ESD干擾的能力已經(jīng)成為電子產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一個重要因素。那么.如何衡量電子產(chǎn)品抗ESD干擾的能力，通過ESD抗擾度試驗可以檢測這種能力。為此，越來越多的產(chǎn)品標準將ESD抗擾度試驗作為推薦或強制性內(nèi)容納入其中。電子設(shè)備的ESD抗擾度試驗也作為電子設(shè)備電磁兼容性測試的一項重要內(nèi)容被列入國家標準和國際標準。不同使用環(huán)境、不同用途、不同ESD敏感度的電子產(chǎn)品標準對ESD抗擾度試驗的要求是不同的，但這些標準關(guān)于ESD抗擾度試驗大多都直接或間接引用GB／T17626.2-1998(idt IEC 61000-4-2:1995)《電磁兼容試驗和測量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗》這一國家電磁兼容基礎(chǔ)標準，并按其中的試驗方法進行試驗。下面簡要介紹電子產(chǎn)品靜電放電測試。

3 電子產(chǎn)品靜電放電測試

電子產(chǎn)品抵御ESD干擾的能力已經(jīng)成為電子產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一個重要因素。通過ESD抗擾度試驗來檢測電子產(chǎn)品的這種能力。現(xiàn)在越來越多的產(chǎn)品標準將ESD抗擾度試驗作為推薦或強制性內(nèi)容納入其中。電子設(shè)備的ESD抗擾度試驗也作為電子設(shè)備電磁兼容性測試一項重要內(nèi)容列入國家標準和國際標準。不同使用環(huán)境、不同用途、不同ESD敏感度的電子產(chǎn)品標準對ESD抗擾度試驗的要求有所不同。下面簡要介紹一下我們經(jīng)常直接或間接引用的標準GB/T17626.2-1998（idt IEC 61000-4-2:1995）:《電磁兼容試驗和測量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗》。

3.1 試驗對象

處于靜電放電環(huán)境中和安裝條件下的裝置、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和外部設(shè)備。

3.2 試驗?zāi)康?/h3>

試驗單個設(shè)備或系統(tǒng)的抗靜電干擾的能力。該標準模擬:操作人員或物體在接觸設(shè)備時的放電。人或物體對鄰近物體的放電。

3.3 ESD的模擬

圖1給出了靜電放電發(fā)生器簡圖，圖中高壓真空繼電器是目前唯一的能夠產(chǎn)生重復(fù)與高速的放電波形的器件（放電開關(guān)）。圖2給出了標準放電電流波形，圖中Im表示電流峰值，上升時間 tr=（0.7～1）ns。放電線路中的儲能電容CS代表人體電容，現(xiàn)公認150pF比較合適。放電電阻Rd為330Ω，用以代表手握鑰匙或其他金屬工具的人體電阻。

3.4 試驗方式

該標準規(guī)定了兩種試驗方式:直接和間接放電的方式進行。

直接施加的放電:施加于操作人員正常使用受試設(shè)備時可能接觸的點和表面上。間接施加的放電:對放置于或安裝在受試設(shè)備附近的物體的放電，應(yīng)用靜電放電發(fā)生器對耦合板接觸放電的方式進行模擬。

3.5 試驗環(huán)境對空氣放電該標準規(guī)定了氣候條件:

環(huán)境溫度:15℃～35℃

相對濕度:30%～60%RH大氣壓力:86kPa～106kPa

對接觸放電該標準未規(guī)定特定的環(huán)境條件。

3.6 一般設(shè)計準則

有很多辦法減小ESD產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）對電子產(chǎn)品或設(shè)備的影響，常用的設(shè)計方法有:在CMOS、MOS器件中加入保護二極管，對襯底作防靜電處理；在傳輸線上（地線在內(nèi)）串幾十歐姆的電阻或鐵氧體磁珠；使用靜電保護表面涂敷技術(shù)，使機芯難以放電，經(jīng)證明十分有效；盡量使用屏蔽電纜；在接口處安裝濾波器；將無法安裝濾波器的敏感接口加以隔離；選擇低脈沖頻率的邏輯電路；保持地電流遠離敏感電路及有關(guān)線路；外殼屏蔽加良好的接地；保持濕度與溫度。靜電放電測試結(jié)果已經(jīng)成為評估產(chǎn)品可靠性的一個重要指標。

4 結(jié)束語

靜電放電測試是電磁兼容測試技術(shù)中非常重要的一項。目前，對于元器件級靜電放電測試與系統(tǒng)級靜電放電測試之間關(guān)系的研究，在國內(nèi)外均屬空白。然而，這又是人們普遍關(guān)心的問題，是測試技術(shù)未來的發(fā)展方向。對靜電放電測試技術(shù)未來發(fā)展方向的研究，將為相關(guān)標準的制定及通信和電子產(chǎn)品的技術(shù)進步提供重要的技術(shù)支撐。

[1]魯維德.電子產(chǎn)品的靜電放電保護技術(shù)與新裝置的應(yīng)用[J].電源世界，2009-01-15。