电子产品静电放电的测试技术

黄庶

（黑龙江省电子信息产品监督检验院，黑龙江 哈尔滨 150000）

静电是人们日常生活中一种司空见惯的现象，静电的许多功能已经应用到军工或民用产品中，如静电除尘、静电喷涂、静电分离、静电复印等。然而，静电放电却又成为电子产品和设备的一种危害，造成电子产品和设备的功能紊乱甚至部件损坏。一个操作员在正常的设备操作中也可能因衣服或皮肤带有危害的电荷而使机器运行紊乱，甚至损坏硬件设备。现代半导体器件的规模越来越大，工作电压越来越低，导致了半导体器件对外界电磁骚扰敏感程度也大大提高。静电放电对于电路引起的干扰、对元器件、CMOS电路及接口电路造成的破坏等问题越来越引起人们的重视。电子设备的静电放电也开始作为电磁兼容性测试的一项重要内容写入国家标准和国际标准。

1 静电放电形成的机理及其对电子产品的危害

静电是两种介电系数不同的物质磨擦时，正负极性的电荷分别积累在两个物体上而形成:当两个物体接触时，其中一个趋于从另一个吸引电予，因而二者会形成不同的充电电位。摩擦起电是一个机械过程，依靠相对表面移动传送电量。传送的电量取决于接触的次数、表面粗糙度、湿度、接触压力、摩擦物质的摩擦特性以及相对运动速度。两个带电电荷的物体也就成了静电源。就人体而言，衣服与皮肤之间的磨擦发生的静电是人体带电的主要原因之一。

静电源跟其它物体接触时，依据电荷中和的原则，存在着电荷流动，传送足够的电量以抵消电压。这个高速电量的传送过程中，将产生潜在的破坏电压、电流以及电磁场，严重时将其中物体击毁。这就是静电放电。国家标准是这样定义的:“静电放电:具有不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的电荷转移(G B ／T4365-l995)，一般用ESD表示。”ESD会导致电子设备严重地损坏或操作失常。半导体专家以及设备的用户都在想办法抑制ESD。静电对器件造成的损坏有显性和隐性两种。隐性损坏在当时看不出来，但器件变得更脆弱，在过压、高温等条件下极易损坏。

2 电子产品的静电放电测试及相关要求

随着电子产品的复杂程度和自动化程度越来越高。电子产品的静电放电(ESD)敏感度也越来越高，电子产品抵御ESD干扰的能力已经成为电子产品质量好坏的一个重要因素。那么.如何衡量电子产品抗ESD干扰的能力，通过ESD抗扰度试验可以检测这种能力。为此，越来越多的产品标准将ESD抗扰度试验作为推荐或强制性内容纳入其中。电子设备的ESD抗扰度试验也作为电子设备电磁兼容性测试的一项重要内容被列入国家标准和国际标准。不同使用环境、不同用途、不同ESD敏感度的电子产品标准对ESD抗扰度试验的要求是不同的，但这些标准关于ESD抗扰度试验大多都直接或间接引用GB／T17626.2-1998(idt IEC 61000-4-2:1995)《电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验》这一国家电磁兼容基础标准，并按其中的试验方法进行试验。下面简要介绍电子产品静电放电测试。

3 电子产品静电放电测试

电子产品抵御ESD干扰的能力已经成为电子产品质量好坏的一个重要因素。通过ESD抗扰度试验来检测电子产品的这种能力。现在越来越多的产品标准将ESD抗扰度试验作为推荐或强制性内容纳入其中。电子设备的ESD抗扰度试验也作为电子设备电磁兼容性测试一项重要内容列入国家标准和国际标准。不同使用环境、不同用途、不同ESD敏感度的电子产品标准对ESD抗扰度试验的要求有所不同。下面简要介绍一下我们经常直接或间接引用的标准GB/T17626.2-1998（idt IEC 61000-4-2:1995）:《电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验》。

3.1 试验对象

处于静电放电环境中和安装条件下的装置、系统、子系统和外部设备。

3.2 试验目的

试验单个设备或系统的抗静电干扰的能力。该标准模拟:操作人员或物体在接触设备时的放电。人或物体对邻近物体的放电。

3.3 ESD的模拟

图1给出了静电放电发生器简图，图中高压真空继电器是目前唯一的能够产生重复与高速的放电波形的器件（放电开关）。图2给出了标准放电电流波形，图中Im表示电流峰值，上升时间 tr=（0.7～1）ns。放电线路中的储能电容CS代表人体电容，现公认150pF比较合适。放电电阻Rd为330Ω，用以代表手握钥匙或其他金属工具的人体电阻。

3.4 试验方式

该标准规定了两种试验方式:直接和间接放电的方式进行。

直接施加的放电:施加于操作人员正常使用受试设备时可能接触的点和表面上。间接施加的放电:对放置于或安装在受试设备附近的物体的放电，应用静电放电发生器对耦合板接触放电的方式进行模拟。

3.5 试验环境对空气放电该标准规定了气候条件:

环境温度:15℃～35℃

相对湿度:30%～60%RH大气压力:86kPa～106kPa

对接触放电该标准未规定特定的环境条件。

3.6 一般设计准则

有很多办法减小ESD产生的电磁干扰（EMI）对电子产品或设备的影响，常用的设计方法有:在CMOS、MOS器件中加入保护二极管，对衬底作防静电处理；在传输线上（地线在内）串几十欧姆的电阻或铁氧体磁珠；使用静电保护表面涂敷技术，使机芯难以放电，经证明十分有效；尽量使用屏蔽电缆；在接口处安装滤波器；将无法安装滤波器的敏感接口加以隔离；选择低脉冲频率的逻辑电路；保持地电流远离敏感电路及有关线路；外壳屏蔽加良好的接地；保持湿度与温度。静电放电测试结果已经成为评估产品可靠性的一个重要指标。

4 结束语

静电放电测试是电磁兼容测试技术中非常重要的一项。目前，对于元器件级静电放电测试与系统级静电放电测试之间关系的研究，在国内外均属空白。然而，这又是人们普遍关心的问题，是测试技术未来的发展方向。对静电放电测试技术未来发展方向的研究，将为相关标准的制定及通信和电子产品的技术进步提供重要的技术支撑。

[1]鲁维德.电子产品的静电放电保护技术与新装置的应用[J].电源世界，2009-01-15。