靜電放電發(fā)生器（ESD）試驗方法及標準

1.靜電放電抗擾測試概述

靜電放電抗擾度試驗(ESD)國家標準為GB/T17626.2(相當于國際標準IEC61000-4-2)。

靜電放電（ESD)這是一種自然現(xiàn)象。經(jīng)驗表明，當人們在合成纖維的地毯上行走時，只要走幾步，人體積累的電荷就能達到10-6庫侖以上（這取決于鞋子和地毯之間的電阻）"系統(tǒng)"里(人/地毯/地球)的平均電容約為幾十到幾百pF，可能產(chǎn)生的電壓應(yīng)達到15kV。研究不同人體產(chǎn)生的靜電放電，會有許多不同的電流脈沖。電流波形的上升時間為100ps至30ns之間。電子工程師發(fā)現(xiàn)，靜電放電主要發(fā)生在人體接觸半導(dǎo)體設(shè)備時，可能導(dǎo)致幾層半導(dǎo)體材料的突破，造成不可挽回的損壞。靜電放電和隨后的電磁場變化可能會損害電子設(shè)備的正常運行。

2.靜電放電抗擾度試驗方法

GB/T17626.2國內(nèi)靜電放電標準描述了在低濕度環(huán)境下通過摩擦使人體充電的人體在與設(shè)備接觸時可能會放電。靜電放電抗干擾試驗?zāi)M了兩種情況：⑴設(shè)備操作人員直接接觸設(shè)備對設(shè)備工作的放電和影響：⑵當設(shè)備操作人員觸摸相鄰設(shè)備時，他們關(guān)心設(shè)備的影響。

前者稱為直接放電（設(shè)備直接放電）：后者稱為間接放電（通過對相鄰物體的放電，間接影響設(shè)備工作）。靜電放電的后果是：

⑴設(shè)備中半導(dǎo)體器件通過直接放電損壞，導(dǎo)致設(shè)備永久失效。

⑵近場電磁場因放電（可直接放電，也可間接放電）而發(fā)生變化，造成設(shè)備誤動作。

3.靜電放電抗擾標準

GB17626.2、YY0505、GB/T18268、EN55024、EN61547等

4.靜電放電模擬器

高壓真空繼電器是唯一能產(chǎn)生重復(fù)和高速放電波形的裝置.線路中的150pF電容代表人體儲能電容，330Ω手持鑰匙和其他金屬工具時，電阻代表人體的電阻.該標準認為，用這種人體放電模型（包括電容量和電阻值）來描述靜電放電足夠嚴重.從放電電流波形(標準規(guī)定，放電極對作為電流傳感器的2Ω電阻接觸放電時的電流波形)可以預(yù)測，它富含諧波成分，因此增加了試驗的嚴重性.

作為靜電放電發(fā)生器的驗證（這是確保不同品牌放電發(fā)生器試驗結(jié)果可比性和重復(fù)性的關(guān)鍵），標準要求在4個不同電壓下測量，帶寬至少為1GHz的示波器。

5.靜電放電試驗中的放電方式

靜電放電試驗有兩種：直接放電和間接放電。標準規(guī)定，接觸放電是直接放電的首選，氣隙放電只能在不能接觸放電的地方進行。對于間接放電，標準是用金屬板模擬被試設(shè)備附近的放電物體。由于是金屬板，接觸放電是間接放電的首選。

該標準之所以采用接觸式放電作為首選放電方式，是因為它經(jīng)歷了IEC61000-4-2標準前身IEC在801-2標準執(zhí)行過程中暴露出的不足。IEC801-2標準以氣隙放電為唯一的放電方式，發(fā)現(xiàn)該放電方式的測試結(jié)果重復(fù)性和可比性較差。

造成這種情況的主要原因是氣隙放電的放電電流波形受以下因素影響：

①被測設(shè)備表面形狀對電極場強分布的影響；

②環(huán)境（如溫度、濕度和氣壓）對放電的影響；

③放電電極接近被試設(shè)備的速度；

④(例如，8)放電電壓對放電流波形頻譜的影響kV放電電流上升時間典型值為1ns～5ns;高于8kV電流上升時間可達5~30ns).。

此外,在IEC氣隙放電是801-2:1984標準中唯一的放電方式，也與當時找不到合適的測量儀器有關(guān)(示波器的帶寬不足以觀察到1的上升速率ns的波形)。

1991年出版的氣隙放電對試驗結(jié)果的弊端IEC801-2標準草案得到糾正，草案決定以接觸放電為首選放電方式。氣隙放電仍保留作為非導(dǎo)電表面設(shè)備（如塑料底盤或表面復(fù)合絕緣金屬外殼）的試驗方法。這種情況一直持續(xù)到IEC61000-4-2標準頒布。

6.靜電放電實驗室的型式試驗

靜電放電分為型式試驗和現(xiàn)場試驗。根據(jù)標準，實驗室型式試驗是設(shè)備鑒定和認證的唯一測試方法.現(xiàn)場試驗受現(xiàn)場環(huán)境影響，主要用于現(xiàn)場情況，不能作為鑒定試驗.現(xiàn)場測試只有在用戶和制造商同意后才能進行.

Ⅰ.靜電放電試驗配置

由于靜電放電的電流波形非常陡峭，前線已經(jīng)達到0.7～1ns,其中包含的諧波成分應(yīng)至少達到500MHz因此，實驗室測試配置的標準化是確保測試結(jié)果的重復(fù)性和可比性的關(guān)鍵.配置可由用戶自行制定，標準對此作了規(guī)定，總結(jié)如下：

(1)水平耦合板(只有臺式設(shè)備)和垂直耦合板(后者有絕緣支架)的材料與參考地板相同.兩個耦合板各有一個，兩端連接470kΩ電阻電纜與參考地板連接，以便在放電試驗中釋放靜電電荷.所需的電阻有能力承受放電；整個電纜具有絕緣保護，避免與接地板短路。

(2)參考接地板采用00參考.25mm上述銅板或鋁板(鋁板易氧化，慎用).如果使用其他金屬，厚度至少為0.65mm以上.參考地板的實際尺寸是無限的，要求每側(cè)0超出被試設(shè)備(指地面設(shè)備)或測試臺面水平耦合板(用于臺式設(shè)備).5m以上.接地板應(yīng)與實驗室的保護接地線連接。

(3)所有連接線(包括參考接地板的接地電纜；耦合板上帶電阻的連接電纜；放電槍連接到參考接地板上的接地線等。)必須保持低阻抗連接。

(4)對于臺式設(shè)備，在水平耦合板上覆蓋一個0.5mm絕緣板需要在試驗中不明顯積累電荷.在臺式設(shè)備測試中，水平耦合板至少比測試產(chǎn)品的每一面大0.1m.如果測試產(chǎn)品太大，要么選擇更大的測試臺；或者選擇兩個相同的測試臺來放置測試產(chǎn)品。桌面上的水平耦合板不需要焊接在一起，而是可以在兩個桌子的組合處覆蓋一塊相同材料的金屬，只要每個桌面壓力為0.3m以上即可.然而，兩個表的水平耦合板需要用電阻線與參考地板連接。

(5)對于地面設(shè)備，參考接地板上應(yīng)有一個0.1m高絕緣支座、試件和試件電纜放置在絕緣支座上。

(6)其他應(yīng)注意的地方

A.在距試品1m內(nèi)部應(yīng)沒有墻壁和其他金屬物品(包括儀器)。

B.放電時，放電槍的接地回線和試件表面應(yīng)保持至少0.2m間距，避免相互之間的額外感應(yīng)，影響測試結(jié)果。

C.根據(jù)實際情況(包括電源線、信號線括電源線、信號線、安裝腳等)進行布局。.接地線應(yīng)按廠家規(guī)定接地(如果沒有接地線，則不接地)，不允許額外接地線。

Ⅱ.靜電放電試驗方法

標準規(guī)定，當被測試設(shè)備正常工作時，人們可以觸摸的部分是需要靜電放電試驗的部分（除外殼外，如控制鍵盤、顯示屏、指示燈、旋鈕、鑰匙孔、電源線等）。

試驗期間，被試設(shè)備處于正常工作狀態(tài)。

在測試正式開始之前，測試人員以20次/秒的放電速度快速掃描測試產(chǎn)品的表面，以找到測試產(chǎn)品的敏感部位（在掃描過程中有導(dǎo)致測試產(chǎn)品數(shù)量跳動和動作異常跡象的部位應(yīng)記錄在正式測試的關(guān)鍵部位，并在正式測試期間在其周圍增加幾個測試點）。

正式測試時，放電以1/秒的速度進行(也有規(guī)定為1/5秒的產(chǎn)品)，以便測試產(chǎn)品能夠及時響應(yīng).通常每個選定點放電20次(10次為正，10次為負)。

原則上，所有可以使用接觸放電的地方都應(yīng)該使用接觸放電.對于涂有油漆的外殼，如果制造商沒有解釋絕緣的，在試驗過程中，用放電槍的尖端刺穿漆膜放電試件.如果制造商解釋為絕緣，則改為氣隙放電.氣隙放電應(yīng)采用半圓頭電極。每次放電前，放電槍應(yīng)從試件表面移除，然后放電槍應(yīng)慢慢靠近試件，直到放電發(fā)生.為了提高試驗結(jié)果的重復(fù)性和可比性，放電電極應(yīng)垂直于試驗表面。

間接放電:

①對于水平耦合板，放電槍垂直離開試件0.1m通過接觸放電放電。

②對于垂直耦合板，耦合板應(yīng)放置在離試品0中.1m放電槍應(yīng)垂直于耦合板垂直邊緣的中心位置放電.試驗產(chǎn)品的四個垂直方向應(yīng)采用垂直耦合板進行間接放電試驗。

7.靜電放電現(xiàn)場試驗

現(xiàn)場測試是在安裝條件下對設(shè)備進行的測試.通常，在現(xiàn)場設(shè)備受挫后，由制造商和用戶協(xié)商進行測試。

對于現(xiàn)場試驗的布置，為便于靜電放電槍接地回線電纜的連接，應(yīng)在地面上鋪設(shè)參考接地板，并與試驗產(chǎn)品及其系統(tǒng)保持0.1m的距離.參考地板的材料和厚度與實驗室配置的要求相同.如果條件允許，接地板的尺寸為0.3m×2m.參考地板與現(xiàn)場的安全連接，或連接到試驗產(chǎn)品及其系統(tǒng)的接地端子.發(fā)電機的接地回線連接在試驗產(chǎn)品及其系統(tǒng)放電點附近的參考接地平面上。