静电的测试方法及测试标准
0 2024-02-20

静电放电抗扰度试验的国家标准为GB/T17626.2(等同于国际标准IEC61000-4-2)


静电的产生与危害

静电放电是一种自然现象,当两种不同材料相互摩擦时,由于介电强度不同,就会产生静电电荷,当其中一种材料上的静电电荷积累到一定程度,在与另一个物体接触时,就会击穿其间介质通过这个物体到大地的阻抗形成通路而进行放电。静电放电及其影响是电子设备的一个主要干扰源。由于静电的存在,使人体成为对电子设备或爆炸性材料的最大危害。一方面静电会引起电磁变化造成设备误动作,严重时损坏设备半导体器件,从而造成设备永久失效。

通过建立通用和可重现的基准,来评估设备受到静电放电干扰时能否保持基本性能,实际测试中,采用静电放电发生器,模拟静电放电现象。

为了定量表征某些器件 ESD 特性,一般将 ESD 转化成模型表达方式,常用表述有:人体模型HBM、机器模型MM、充电器件模型CDM。


静电的测试方法及测试标准

静电放电抗扰度试验放电方式有两种:直接放电和间接放电。

直接放电主要是模拟操作人员直接触摸设备时对设备放电的现象,分为接触放电和空气放电。直接放电以接触放电为首选方式,接触放电主要针对设备表面的金属裸露部分进行的;空气放电主要针对非导电性表面的设备(如塑料机箱或表面覆有绝缘物的金属金属外壳)。


间接放电模拟操作人员在触摸邻近设备时,间接构成对设备工作的影响。操作上主要对对水平耦合板和垂直耦合板进行接触放电,耦合板通过两个470KΩ的电阻接地,所以当对耦合板放电时,耦合板上的静电不会马上泄放到地,而以耦合板为静电源形成一静电场,对设备进行干扰。模拟设备抗静电场干扰的能力。



静电测试设备及测试环境介绍

型号

品牌

ESD-2020AG

上海易湃科电磁技术有限公司

SKS-0230I

上海三基电子工业有限公司

ESD 30T

苏州泰思特电子科技有限公司

ESD-20A

浙江诺益科技有限公司

静电放电发生器的基本线路和放电电流波形


图中,高压真空继电器是目前唯一能产生重复和高速放电波形的器件。线路中的150PF代表人体的储能电容,330Ω电阻代表人体在手握钥匙和其他金属工具时的人体电阻。



试验方法:

① 对于直接放电,试验正式开始前,试验人员对试品表面以20次/秒的放电速率快速扫视一遍,以便寻找试品的敏感部位(重点考察扫视中引起试品数显跳动、动作异常迹象的部位),正式试验时,放电以1秒/次的速率进行,通常每一个选定点放电20次(正负各10次)。空气放电时采用半圆头形的电极,每次放电前,应先将放电枪从试品表面移开,然后再将放电枪慢慢靠近试品,直到放电发生为止。


注:为保证试验结果的一致性,放电电极要垂直试品表面。


② 对于间接放电,打水平耦合板时,放电枪垂直地在离开试品0.1m处用接触放电方式进行放电;打垂直耦合板时,耦合板应放在离试品0.1m处,放电枪要垂直于耦合板一条垂直边的中心位置上进行放电,对试品垂直方向的4个面都要用垂直耦合板做间接放电试验。

标准之所以用接触放电作为放电的首选方式,一方面是因为接触放电的不确定因素较少,另一方面接触放电有着极其陡峭的上升时间,因此放电电流波形中包含了极其丰富的谐波成分,即使选择比较低的试验电压,也能取得比同样等级中电压较高的空气放电更加严格的测试结果。


产品的静电防护设计

① 防止静电干扰需从源头上控制电荷聚集,一旦有过量电荷就及时泄放,防止危险静电源的形成,对于无法泄放的静电电荷,要将其隔离,阻止其干扰到关键电路。


② 对于非金属外壳,空隙部分加强绝缘,或者壳体内放置金属屏蔽层;对于金属外壳,静电时大部分电荷会通过接地端子流走,着重保持外壳导电连续,降低外壳各部分搭接阻抗。


③ 对于显示屏和面板,应考虑采用透明屏蔽材料进行保护,并且让屏蔽材料与外壳接地点之间有良好的电接触。


④ 对于电源线和其它信号线,可采用屏蔽、滤波、套用铁氧体磁环等方式,并且屏蔽层与外壳的大地连接,建立电荷对地泄放路径。


⑤ 对于内部电路,首先确定电流泄放路径,检查路径是否通畅,重要的信号线远离放电路径,重要的敏感电路模块也不能靠近放电路径,必要时可以给敏感电路增加屏蔽罩。


⑥ 在保护器件前并联放置放电器件,如TVS、ESD、压敏电阻等。


⑦ 在保护器件前串联阻抗。如串联电阻或磁珠来限制ESD放电电流,达到防静电的目的。


⑧增加滤波网络或EMI filter器件,用滤波器滤掉主要的能量也能达到防静电的目的。



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