靜電測試與靜電防護

【摘 要】 本文通過對靜電及其產生與危害的介紹，詳細闡述了靜電測試技術和靜電防護技術的原理與應用。

【關鍵詞】 靜電 靜電測試 靜電防護

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.03.008

隨著微電子技術的飛速發(fā)展，電子設備中廣泛使用各種低電壓供電的集成電路芯片與器件，由靜電放電產生的沖擊電流很容易引起這些芯片與器件損壞。靜電放電的危害輕則使設備工作異常，嚴重時可導致設備系統(tǒng)癱瘓，因此對靜電放電進行深入研究非常必要。

靜電是電荷積累產生的一種現象，即一種處于靜止狀態(tài)的電荷。靜電研究主要包含以下內容：靜電的產生以及靜電放電的機理，為消除靜電放電提供理論依據；靜電對集成芯片與電子器件的破壞機理，可為提高集成芯片與電子器件的抗靜電破壞能力提供有效措施；電子設備的靜電放電測試技術，為電子設備的抗靜電能力提供測試方法與測量數據；靜電放電模擬器校準技術，可在實驗室環(huán)境下模擬靜電放電過程，進一步為靜電放電測試提供技術保證。

靜電研究是靜電放電技術的基礎，靜電放電研究可以從靜電源、靜電測試、靜電損壞機理以及靜電防護等幾方面入手，本文詳細分析了靜電測試與靜電防護的原理和方法。

1 靜電測試

1.1 靜電放電測試

靜電放電測試主要通過對靜電電流、靜電電壓、靜電放電輻射和靜電脈沖波形等項目的定量測試，完成對靜電參數和靜電放電參數的分析與測量。

靜電產生的來源可以是人體、儀器設備，或者是靜電放電模擬器，靜電放電模擬器是用可調靜電電壓的放電設備來模擬不同強度的靜電放電，用于測量被測電子設備的抗靜電放電能力的靜電專用測試儀器。靜電放電通常有高電壓、大電流、高場強和窄脈沖等特點，針對以上特點，分別采用下列測試系統(tǒng)測量靜電參數和靜電放電參數：靜電高壓測試系統(tǒng)，由高壓探頭與靜電高壓表組成，用于測量被測電子設備的靜電高壓，以此測量靜電源的電荷積累程度，通常采用較高輸入阻抗（大于1G[Ω]）的高壓探頭和量程超過30kV的靜電高壓表；靜電脈沖測量系統(tǒng)：由單次采樣率大于10G/s的高采樣率示波器和采樣探頭組成，測量靜電脈沖上升時間和靜電放電脈沖電流等參數，來評價靜電脈沖電流對電路的沖擊破壞程度；脈沖頻譜測量系統(tǒng)：由測量頻率范圍大于18GHz的頻譜儀和寬帶天線組成，用于測量靜電脈沖的頻譜分量，通過對脈沖的能量分布分析，確定靜電脈沖對被測設備和鄰近電路的靜電輻射影響。

1.2 抗靜電放電測試

GB/T 17626.2-1998《靜電放電抗擾度試驗標準》規(guī)定了電氣和電子設備遭受靜電放電時的抗擾度要求和試驗方法，規(guī)定了靜電放電來自操作者對鄰近物體在不同環(huán)境和安裝條件下試驗等級和試驗程序，通常靜電放電試驗方法都參照這一標準，由靜電放電模擬器和專用測試平臺組成抗靜電放電測試系統(tǒng)。專用測試平臺由一定面積的導電金屬板構成，對置于測試平臺上的被測設備，用靜電放電模擬器模擬不同強度的靜電放電，測量被測設備的抗靜電放電能力。

《靜電放電抗擾度試驗標準》中還介紹了直接放電、間接放電、接觸放電、空氣放電等定義，一般試驗分4個等級，其中第四級規(guī)定接觸放電8kV，對空氣放電15kV，靜電放電模擬器的儲能電容150pF，放電電阻330[Ω]。為了滿足不同類型產品與設備測試的需要，也可適當改變靜電模擬器的電參數，如可采用提高放電電壓的方法測試產品與設備的靜電耐壓能力，還可采用降低放電電阻值的方法，增大放電電流強度，測試產品與設備的承受大電流能力。

2 靜電防護

靜電大量積累極易引起火災、爆炸、人身電擊、電子儀器器件失效和損壞，對生產過程產生不良影響，應采取各種防范措施消除靜電帶來的危害。主要是通過抑制靜電源、加速靜電的泄漏、靜電中和等手段消除靜電帶來的不利因素。

對物體的表面形狀、帶電歷史、接觸面積和壓力、分離速度等可能產生靜電的因素盡量予以排除，相互接觸并帶有靜電的物體應盡量接近，物體間的接觸面積和壓力要盡量小，接觸次數要少，溫度要低，分離速度要小，接觸狀態(tài)的改變宜緩慢忌突變等。由于粉狀固體、液體、氣體在運輸過程中摩擦會產生靜電，因此要采取減少管道彎曲，增大管道直徑、限制流速、避免劇烈振動等措施來抑制靜電的產生。

采用表面具有一定電阻的材料做靜電防護材料，可以防止或減輕由于電荷積累產生的靜電放電，此時靜電防護的重要參數就是材料的表面電阻，應用相應的測量頭，可以用表面電阻表測量表面電阻。為檢測靜電防護材料的耐高壓能力，也可在材料上施加高電壓，檢驗材料的物理性能是否發(fā)生改變。

在電子儀器及設備上主要采用以下靜電防護措施：

（1）接地。即將電子儀器及設備上的金屬導體或外殼與大地（接地裝置）進行電氣連接，可將設備產生的靜電電荷通過導體泄漏到大地，達到零電位。對于電阻在108[Ω]以下導體上產生的靜電可適用于上述方法。由于電阻在108[Ω]以上絕緣體的接地容易引發(fā)火花放電，引起易燃易爆液體或氣體發(fā)生事故，因此接地方法不適用于絕緣體上的靜電消除。

（2）搭接（或跨接）。將兩個以上獨立的金屬導體采用電氣連接方式，消除導體間電位差，也就是使各個導體間處于相同的電位，徹底根除靜電源。

（3）屏蔽。將易產生靜電部位的帶電物體表面用金屬線或金屬屏蔽網等進行包覆并接地，可大大降低靜電危害，同時還可防止靜電對電子設施的干擾。

（4）采用噴涂抗靜電劑方法對某些幾乎不能泄漏靜電的絕緣體用以增大電導率，使靜電易于泄漏。

（5）高溫干燥場所采用噴霧、灑水等方法，提高環(huán)境相對濕度，可以抑制靜電的產生，解決生產過程中的靜電問題。

作者簡介

李瑾，沈陽計量測試院高級工程師，從事電學計量工作20余年，曾發(fā)表《泄漏電流測試與耐壓測試》、《耐壓測試中的誤判與分析》、《LCR測試儀測量參數的設定》等多篇技術論文，參與了《局部放電測量儀校準規(guī)范》和《高壓標準電容器校準規(guī)范》2篇省級技術標準的制定，參與研發(fā)的“互感器負載箱變頻檢定裝置”項目獲沈陽市科技進步二等獎，國家發(fā)明專利和實用新型專利。