李 雪

(武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，湖北武漢 430074)

0 引言

所謂靜電，就是一種處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷或者說(shuō)不流動(dòng)的電荷［1］。當(dāng)兩個(gè)不同的物體相互接觸并且相互摩擦?xí)r，一個(gè)物體的電子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，這個(gè)物體因?yàn)槿鄙匐娮佣鴰д?，而另一個(gè)得到一些剩余電子的物體則帶負(fù)電，兩個(gè)物體上均帶上了靜電［2］。靜電的產(chǎn)生在工業(yè)生產(chǎn)中是不可避免的，靜電放電會(huì)引起電子設(shè)備的故障，造成電磁干擾［3］，靜電引力會(huì)吸附灰塵，造成集成電路和半導(dǎo)體元件的污染，大大降低成品率，高壓靜電放電會(huì)造成電擊，危及人身安全［4］。消除靜電的產(chǎn)生雖然是不可能的事情，但可通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)物體抗靜電的能力，以此來(lái)判斷靜電抗擾度。

一款手機(jī)要想拿到入網(wǎng)標(biāo)貼，就必須通過(guò)中國(guó)質(zhì)量檢測(cè)聯(lián)盟(CTA)的測(cè)試，即泰爾實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)測(cè)試，其中靜電抗擾ESD是CTA的一個(gè)必測(cè)項(xiàng)目，也是廠家最為關(guān)注的測(cè)試項(xiàng)目之一［5］。對(duì)手機(jī)進(jìn)行靜電測(cè)試的目的是測(cè)試手機(jī)抗靜電干擾能力，為評(píng)估手機(jī)在實(shí)際使用中抗靜電能力提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。靜電測(cè)試需要在溫度為15～35℃，濕度為30% ～60%的環(huán)境中進(jìn)行，測(cè)試用到的主要工具是靜電測(cè)試儀。

1 手機(jī)靜電測(cè)試臺(tái)

手機(jī)的靜電測(cè)試除了用到靜電測(cè)試儀之外，還需要專用的靜電測(cè)試臺(tái)。手機(jī)的靜電測(cè)試臺(tái)上有水平耦合板和垂直耦合板，它們的擺放對(duì)手機(jī)的靜電測(cè)試有很大影響，所以其尺寸擺放都有固定的要求［6］。靜電測(cè)試臺(tái)和靜電測(cè)試儀構(gòu)成一個(gè)完整的手機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。靜電測(cè)試臺(tái)的下面擺放了一塊大的鋼板，鋼板必須可靠接地，鋼板上放有一個(gè)木質(zhì)臺(tái)階，測(cè)試人員在進(jìn)行靜電測(cè)試操作時(shí)必須站在這個(gè)木質(zhì)臺(tái)階上，保證與大地絕緣，測(cè)試臺(tái)的桌面兩邊是垂直耦合板，用來(lái)手機(jī)擺放時(shí)進(jìn)行靜電測(cè)試時(shí)使用，測(cè)試臺(tái)的桌面下方是一塊水平耦合板，水平耦合板的上方是一層絕緣墊，所有鋼片(板)都必須可靠接地。

2 靜電測(cè)試儀

圖1 靜電測(cè)試儀操作流程圖

靜電測(cè)試儀的操作流程如圖1所示［7］。首先將靜電放電槍插入靜電測(cè)試儀的“輸出”插口，然后進(jìn)行靜電測(cè)試儀的放電模式選擇。如果選擇接觸放電，則需要選用尖錐形的放電電極，并撥動(dòng)試驗(yàn)方式選擇開(kāi)關(guān)為CONTACT位置，測(cè)試時(shí)要使靜電放電槍確實(shí)與被測(cè)手機(jī)接觸，并保持放電姿勢(shì)不動(dòng);如果選擇空氣放電，則需要選用球形的放電電極，并撥動(dòng)試驗(yàn)方式選擇開(kāi)關(guān)為AIR位置，用手扣住靜電放電槍機(jī)，將靜電放電槍慢慢接近要測(cè)試的手機(jī)(注意不能接觸)，直到放電發(fā)生為止，然后移開(kāi)靜電放電槍，松開(kāi)槍機(jī)，根據(jù)測(cè)試要求的時(shí)間間隔進(jìn)行放電。接著將靜電測(cè)試儀的電壓調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針?lè)较蛐降?，選擇極性“P+”或“P－”和放電類型，如果選計(jì)數(shù)放電需設(shè)置放電次數(shù)，如果選重復(fù)放電需設(shè)置放電速率。最后調(diào)節(jié)電壓旋鈕，使得數(shù)字電壓表內(nèi)的讀數(shù)達(dá)到所需要的值;按下“準(zhǔn)備”開(kāi)關(guān)，用右手握住靜電槍將靜電槍垂直于被測(cè)手機(jī)表面，并按下槍機(jī)進(jìn)行放電。

空氣放電正確的操作順序是首先將前面板的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥至“AIR”處，設(shè)定空氣放電電壓后，再按住靜電槍的扳機(jī)將槍頭緩慢靠近被測(cè)手機(jī)，待氣隙放電后將槍頭離開(kāi)被測(cè)手機(jī)，同時(shí)松開(kāi)扳機(jī)，反復(fù)這些操作直至放電次數(shù)達(dá)到測(cè)試要求［8］。

3 手機(jī)的靜電抗擾測(cè)試

接觸放電是優(yōu)先選擇的試驗(yàn)方法，因?yàn)榭梢员苊庥捎陟o電放電槍接近被測(cè)手機(jī)的方式不同而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果上的差異，空氣放電則用于不能使用接觸放電的場(chǎng)合［10］。手機(jī)的靜電抗擾測(cè)試如圖2所示。

以?shī)W克斯V960T(TD-SCDMA版本)手機(jī)為例，手機(jī)的靜電測(cè)試是按照是/否接充電器、是/否通話共分為4種模式。首先將被測(cè)手機(jī)放置在靜電測(cè)試臺(tái)的絕緣墊上，用充電器加電使手機(jī)處于充電狀態(tài)(被測(cè)手機(jī)與絕緣墊邊緣距離2英寸以上)，再將手機(jī)開(kāi)機(jī);然后打開(kāi)靜電槍，根據(jù)不同機(jī)型調(diào)節(jié)放電方式，接觸放電時(shí)靜電強(qiáng)度為±6 kV，2槍/點(diǎn);空氣放電時(shí)靜電強(qiáng)度為 ±14 kV，2 槍/點(diǎn)［9］，打一槍放一次電，并觀察手機(jī)在測(cè)試過(guò)程中有無(wú)死機(jī)、通信鏈路中斷、LCD顯示異常、自動(dòng)關(guān)機(jī)及其他異常現(xiàn)象;最后記錄數(shù)據(jù)并對(duì)手機(jī)功能做全面檢查［11］，其靜電測(cè)試結(jié)果如表1所示。

圖2 手機(jī)靜電測(cè)試

表1 手機(jī)靜電測(cè)試(報(bào)告1)

根據(jù)此款手機(jī)的靜電測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)在攝像頭和充電接口處進(jìn)行靜電測(cè)試時(shí)，當(dāng)手機(jī)屏幕朝下時(shí)會(huì)出現(xiàn)定屏現(xiàn)象。解決此類故障的方法就是盡量對(duì)液晶屏的驅(qū)動(dòng)IC做好屏蔽，對(duì)屏的外框鋼片做好接地，在觸摸板和觸摸屏的FPC走線上，對(duì)重要的控制線盡量加粗以及FPC表面的屏蔽效果［12］。這種靜電的解決方式與由于結(jié)構(gòu)引起的靜電處理方式是完全不同的，傳統(tǒng)的由于結(jié)構(gòu)引起的靜電問(wèn)題，只要依據(jù)導(dǎo)和堵兩種思路基本都能解決，現(xiàn)在智能手機(jī)存在的靜電問(wèn)題基本上都出現(xiàn)在觸摸屏和觸摸板上，解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵就是找到被干擾的信號(hào)［13］。

再以?shī)W克斯V990AT(TD-SCDMA版本)為例，接觸放電的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)是裸露的金屬件，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)放電1次，釋放靜電1次，一共10次放電測(cè)試;空氣放電的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)是機(jī)殼、接鍵縫隙、接口等，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)放電1次，釋放靜電1次，一共10次放電測(cè)試，測(cè)試前后做手機(jī)功能檢查，其靜電測(cè)試結(jié)果如表2所示。

在表2所示的測(cè)試結(jié)果中，Pass A代表測(cè)試樣機(jī)功能不能發(fā)生任何失效或者削減，包括但不限于以下功能，如開(kāi)關(guān)機(jī)，撥打接聽(tīng)電話，屏幕顯示，按鍵功能，整機(jī)手感，照相機(jī)預(yù)覽，拍照和保存，馬達(dá)功能，電池充電，鈴音播放等;Pass C代表測(cè)試后樣機(jī)部分功能失常，在外力幫助下能夠恢復(fù)，可以接受。例如手機(jī)死機(jī)，屏幕顯示異常，不識(shí)別SIM卡，不能自行恢復(fù)，重裝手機(jī)電池后功能正常(內(nèi)置電池除外)等類似故障。以上測(cè)試結(jié)果表明被測(cè)手機(jī)在一般情況下使用，用戶不會(huì)投訴，出現(xiàn)可以接受的故障［14］。

4 結(jié)語(yǔ)

手機(jī)的抗靜電能力，很大程度上取決于前期的設(shè)計(jì)，包括主板的布線、主板層數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及抗靜電器件的選取，例如TVS管的使用，前期ID與MD評(píng)估的時(shí)候一定要嚴(yán)格，后續(xù)加貼導(dǎo)電布都是臨時(shí)的處理措施，接地點(diǎn)的不穩(wěn)定會(huì)帶來(lái)更大的問(wèn)題——影響天線性能［15］。靜電放電對(duì)手機(jī)造成的危害主要有硬件損壞，自動(dòng)關(guān)機(jī)，程序混亂，死機(jī)，要通過(guò)人為干預(yù)才能復(fù)位;死機(jī)，程序混亂，無(wú)法進(jìn)行復(fù)位。

解決手機(jī)靜電問(wèn)題的思路主要有:①“堵”，即將手機(jī)的外圍靜電堵在手機(jī)以外，不讓靜電進(jìn)到手機(jī)電路里面，為了達(dá)到這個(gè)目的需要?dú)んw縫隙和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，如果結(jié)構(gòu)已經(jīng)成型，可以考慮采取貼絕緣膠的方式解決。②“導(dǎo)”，即將靜電盡可能的導(dǎo)入主板的強(qiáng)地上，讓靜電進(jìn)來(lái)后直接在主板的地上被中和掉，這個(gè)導(dǎo)的效果主要取決于主板PCB設(shè)計(jì)時(shí)走線的好壞。③“做屏蔽”，一些芯片的驅(qū)動(dòng)IC特別容易受到靜電或一些其他控制信號(hào)的干擾，可以考慮把整個(gè)IC置于一個(gè)屏蔽盒內(nèi)或者加個(gè)金屬罩起到靜電屏蔽作用來(lái)解決靜電問(wèn)題。

表2 手機(jī)靜電測(cè)試(報(bào)告2)

［1］李 雪.通信終端故障檢測(cè)與維修［M］.天津:天津大學(xué)出版社，2012.

［2］劉尚合，武占成.靜電放電及危害防護(hù)［M］.北京:郵電大學(xué)出版社，2004.

［3］張寶銘，林文獲.靜電防護(hù)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2000.

［4］付軍霞，王鳳英.淺談靜電危害與靜電防護(hù)［J］.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007，17(5):281.

FU Jun-xia， WANG Feng-ying.Talking about the Hazard and Prevention oftheStatic Electricity［J］.Sci-tech information development＆economy，2007，17(5):281.

［5］郭新軍.通信系統(tǒng)終端設(shè)備原理與維修［M］.北京:高等教育出版社，2008.

［6］勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室.用戶通信終端維修員(中級(jí))——職業(yè)資格培訓(xùn)教材［M］.北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2005.

［7］王為民.移動(dòng)通信終端設(shè)備(手機(jī))維修實(shí)訓(xùn)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2012.

［8］通信產(chǎn)品有害物質(zhì)安全限值及測(cè)試方法第1部分:電信終端產(chǎn)品 GB/T22727.1-2008［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［9］GB/T15662-1995導(dǎo)電、防靜電塑料體積電阻率測(cè)試方法［M］.北京:中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，1995.

［10］用戶通信終端(移動(dòng)電話機(jī))維修員——國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京:北京科文圖書信息技術(shù)有限公司，2005.

［11］陳 燕.靜電放電測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)解析［J］.環(huán)境技術(shù)，2012(2):41-45.

CHEN Yan.Analysis of ESD Test Standards［J］.Environmental Technology，2012(2):41-45.

［12］張 靚，陳洪亮.基本電路理論測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和診斷算法研究［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，25(5):572-575.

ZHANG Liang，CHEN Hong-liang.Development of the Online Test＆Exercise System of Basic Theory of Circuits and the Research of the Diagnosis Algorithm［J］.Research and Exploration in Laboratory，2006，25(5):572-575.

［13］汪夢(mèng)琪，李 筠.安卓手機(jī)自動(dòng)化壓力測(cè)試淺析［J］.信息技術(shù)，2012(11):72-75.

WANG Meng-qi，LI Jun.Mobile phone automation pressure test［J］.Information Technology，2012(11):72-75.

［14］徐曉英，王定虎，肖集雄.虛擬儀器在靜電測(cè)試中的應(yīng)用［J］.河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007(10):113-116.

XU Xiao-ying，WANG Ding-hu，XIAO Ji-xiong.Application of Virtual Instrument in the Electrostatic Test［J］.Journal of Hebei University(Natural Science Edition)，2007(10):113-116.

［15］狄德海.WCDMA手機(jī)音頻測(cè)試［J］.中國(guó)測(cè)試，2009，35(1):125-128.

DI De-hai.Audio testing of WCDMA mobile phone［J］.China measurement＆test，2009，35(1):125-128.