EMC靜電放電測試與預防
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在真實生活中，靜電是由多種原因產(chǎn)生的，例如薄膜和卷筒之問的摩擦，膠帶的分離，物體破損，或者帶電的粒子。靜電會在各種情景，各種生產(chǎn)設備的各種流程中產(chǎn)生，而主要產(chǎn)生的原因就是重復的摩擦和分離。當電荷累積到一定程度，物體問就會存在電勢差，接觸或者相互;;::近過程會產(chǎn)生電荷瞬問移動，就會形成靜電放電。靜電放電經(jīng)常會影響我們?nèi)粘Ｋ玫碾娮赢a(chǎn)品的正常工作，甚至造成靜電故障。主要是靜電放電的過程是電荷移動的現(xiàn)象，既然有電荷的移動就有可能影響到電子產(chǎn)品的元器件的正常工作，特別是現(xiàn)代基本都是半導體工藝元器件。嚴重時還可能會造成元器件的損壞，靜電故障就是由靜電造成電子元件 (例如1C集成電路))損壞的一種現(xiàn)象。當1C中發(fā)生靜電故障時，由于靜電釋放，高壓電流瞬問穿過1C內(nèi)部，破壞了高絕緣性二氧化硅(絕緣層)并損壞內(nèi)部電路。所以在設計、生產(chǎn)電子產(chǎn)品的時候就應該考慮靜電放電的影響。
為了模仿電子產(chǎn)品在現(xiàn)實環(huán)境中可能遭受的靜電放電影響，國際標準委員會制訂了相關的標準規(guī)范，斤民多國家或者地區(qū)都會自接采用這些標準作為本國或本地區(qū)的標準規(guī)范。特別是歐洲，凡是進入歐盟市場的電子電器產(chǎn)品必須符介EM(指令((2004/108/EC)要求，靜電放電是EM(試驗之一。
2國際標準的靜電放電測試要求
在國際標準委員會制訂的電磁兼容標準中，包括有基礎標準和產(chǎn)品標準。其中靜電放電測試標準是基礎標準之一，有時候也叫測試技術標準。靜電放電測試標準1EC61000- 4- 2講述了測試原理、等級、方法等幾個方而的內(nèi)容。1EC61000- 4- 2定義了四個標準測試等級和一個開放等級見表1。放電測試發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)見表2及放電波形如圖1所示。然后是介紹了靜電放電測試布置和測試方法，1EC61000- 4- 2使用了兩種小同的測試方法:一種是接觸放電。intact discharge，是自接對EUT放電這是首選的測試方法，如果接觸放電小能被施加到EUT，接觸放電還有問接接觸放電即對水平禍介板HCP和垂自禍介板VCP放電測試模式圖2，另外一種方法空氣放電Air discharge可以使用，其實一般產(chǎn)品標準要求的抗擾度靜電放電測試都要求兩種方法進行測試。1EC61000- 4- 2典型測試布置圖如圖3所示。
C級判定((Criterion C):指產(chǎn)品功能在測試前可正常被操作，但測試過程中受ESD放電影響，出現(xiàn)功能降低或異常，且功能無法自動回復，必須經(jīng)由操作人員做重置(Re- set)或重開相L的動做才能回復功能，這情形則僅符介C級判定結(jié)果。
D級判定((Criterion功:指產(chǎn)品功能在測試前可正常被操作，但測試過程中出現(xiàn)異常，雖經(jīng)由操作人員做重置(Re- set)或重開機也小能回復功能，這種情況大概產(chǎn)品已損傷嚴重，僅符介D級判定結(jié)果。(這屬小介格)。
依lEC 61000- 4- 2法規(guī)建議，產(chǎn)品采購驗證必須符介A級或B級的判定才能接受，C級和D級判定是小介格的。
常見歐洲標準中產(chǎn)品標準抗擾度要求，如家電類EN55014- 2，音視頻類EN55020，信息技術類EN55024，燈具類EN61547等都有規(guī)定ESD的等級和測試要求。這幾類產(chǎn)品的ESD要求是:接觸放電1 4kV，空氣放電1 8kV。
我們知道1EC61000- 4- 2規(guī)定的都是對成品的產(chǎn)品所做的試驗，也就是最終自接到用戶乎上的產(chǎn)品。但是可能還有些疑惑，就是我們常見到有些靜電放電的技術文檔會講到靜電放電的幾個模式HBM. MM. CDIVIo而小是接觸放電和空氣放電兩種方式。其實兩種靜電放電的測試環(huán)境是小同的，Contactdischarge和Air discharge對應的是測試最終產(chǎn)品的，是對系統(tǒng)級來做的測試。HBM. MM. CDM是在生產(chǎn)過程中靜電放電模式，是對生產(chǎn)制造級的測試。HBM是人體模式，即模擬人體帶電放電;MM是機器模式，是指帶電機器通過設備到地放電；CDM是帶電器件模式，模擬帶電器件通過金屬板放電。而且這兩種測試環(huán)境對最終產(chǎn)品能否通過ESD測試都有重要影響。這兩者是有各自的意義。
3靜電放電影響及處理方法
1EC6100- 4- 2講的是對應用戶級的ESD測試，主要也就是講Contact discharge和Air discharge兩種小同方式下的ESDo看產(chǎn)品能否通過相應的標準等級要求。靜電放電對系統(tǒng)級的測試產(chǎn)生的影響，輕者產(chǎn)品會發(fā)生一些另用戶小愉快的現(xiàn)象或者小能正常工作，重者整個系統(tǒng)硬件損壞小可恢復。所以我們必須考慮ESD的影響以及相應的處理方法。
我們知道靜電放電的產(chǎn)生是因為電荷的移動。那么我們可以考慮兩個主要的方法，一是防比靜電對電路放電，二是快速把電荷疏導，當然對電荷的疏導也就是會產(chǎn)生放電，放電產(chǎn)生的電場對電路的影響我們也是要考慮的。
4對ESD防護的處理可以從兩方而入乎:一是印刷電路板(PCB)板級的處理，二是系統(tǒng)級的處理
PCB板級的處理，當然包括元器件，主要是半導體芯片，因為多數(shù)情況下受ESD影響都是半導體芯片，也就是半導體集成電路(1C)。對于芯片的保護可以加一些抑制器件將ESD的十擾降低，或者增加釋放回路使電荷通過旁路釋放，還可以添加濾波電路等方式降低ESD給電路帶來的影響。如圖4所示。必須注意以上的措施都要在ESD敏感，或者自接施加ESD的接日附近增加，因為如果措施加的地方小介理還可能引入放電電流。常用的這些器件包括電感電阻電容,TVS管，現(xiàn)在還有專門的ESD保護器件。同時在進行PCB布線的時候要避免銳角走線的出現(xiàn)如圖5中A的布線方式要避免，我們都}一分清楚尖端有放電和吸收電荷的特性，想想避雷針就知道。銳角的布線尖角處是容易引發(fā)ESD的，那么放電電流就會影響到鄰近的電路，如果電流足夠大可以把芯片損壞，況且這種走線也會引起信號突變。
系統(tǒng)級的處理，主要就是結(jié)構(gòu)布局的考慮。比如金屬外殼的散熱問隙小連續(xù)的接地而斷裂帶會引起放電如圖6，如果正對的是ESD敏感電路，就可能會產(chǎn)生小良的影響。我們可以加一層絕緣層或者屏蔽層將缺日與電路之問隔斷。還有螺釘也有尖端二次放電的作用如圖7所示。而且電子產(chǎn)品須要有開關及按鈕，因此要防比ESD能量從開關或按鈕進入電路板傷及組件，可采用導電材質(zhì)的墊片或墊圈以阻擋ESD電流。如果是非金屬材質(zhì)的外殼，電子產(chǎn)品的按鍵或者開關可以用高絕緣和耐高壓的墊片隔離靜電。我覺得在系統(tǒng)級的處理兩個
ESD都小通過，產(chǎn)品通過ESD的機會就很微。在做過的ESD試驗中，也常碰到小滿足ESD測試要求的產(chǎn)品。如有一廠家的一款電表，8kV對而板(主要是液晶屏)正負空氣放電(死機)，在而板內(nèi)側(cè)}lJt上防靜電薄膜就可以了，而換成普通薄膜小行，這個其實就是外加屏蔽。但是同一廠家另外一款電表同樣的問題(小同電路設巾，用同樣的方法卻沒有解決ESD問題，也嘗試過在敏感電路部分加旁路，也是沒有解決。最終只能回去重新做PCB，而且是加了ESD抑制器件，還在CPU部分電路力}}了屏蔽罩，重新測試ESD才通過了。還有一個例子，電池供電的鑰匙扣電子相框塑料外殼，剛好是外殼結(jié)介處8kV的空氣放電小通過。做HCP和VCl〕的ESD試驗都是可以的。因為PCB layout很小，而且元器件很密集，很難從中改動。最后只能力}}絕緣層，做個模將PCB包起來了，雖然類似這種做法都是結(jié)構(gòu)上的考慮，但是在測試上確很實用。當然了這個做法在生產(chǎn)上就算可行，也是增加小少成本。由此也看到，盡管IEC6100- 4- 2測試的是系統(tǒng)級的ESD，但在設計階段就要考慮到ESD,小是光生產(chǎn)出產(chǎn)品之后才考慮ESD。這樣小僅可以保證產(chǎn)品的順利生產(chǎn)還可以節(jié)省一些成本。對ESD的考慮包括設計階段到成品，處理的措施也是從PCB板級到系統(tǒng)級，這些都是對應的。當我們明自了測試原理方法以及測試的目的，對于ESD就小會無所適從了。
5小結(jié)
通過工作上的經(jīng)驗總結(jié)，希望能夠幫助到有這方而需求的朋友，也希望在這方而與大家進行交流，共同提高。標準和測試技術小斷更新進步，斤民多東西等著我們?nèi)W習，更多的問題需要我們?nèi)ソ鉀Q。我相信只要肯研究，小斷學習，斤民多問題都是可以解決的，只是方法措施完善程度。希望大家的共同努力小僅在系統(tǒng)級上有能夠抵制ESD的產(chǎn)品，在生產(chǎn)制造上也能夠有抵制強ESD的IC推出。解決ESD問題那就小再是麻煩的事情。
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