仪表的防静电技术

《仪表的防静电技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仪表的防静电技术（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、仪表的防静电技术仪表的防静电技术11 1 概述概述 物体的静电的物体的静电的起电起电-放电放电（ESDESD）一般具有）一般具有高电位高电位、强电强电场场和和宽带电磁干扰宽带电磁干扰等特点。等特点。 与常规电能量相比，静电能量虽然比较小，但与常规电能量相比，静电能量虽然比较小，但瞬间的功率瞬间的功率十分巨大十分巨大。 不仅有瞬间大电流集中传输，导致易燃易爆物质的燃烧爆不仅有瞬间大电流集中传输，导致易燃易爆物质的燃烧爆炸，而且还会形成强电磁脉冲，产生频谱很宽的电磁辐射场，炸，而且还会形成强电磁脉冲，产生频谱很宽的电磁辐射场，对微电子设备造成对微电子设备造成电磁干扰电磁干扰和和浪涌效应浪涌效应。

2、在静电起电在静电起电-放电的过程中，放电的过程中，ESDESD参数是不可控的参数是不可控的，是一，是一种难于重复的随机过程，因此，他的作用往往被人们所忽视。种难于重复的随机过程，因此，他的作用往往被人们所忽视。2人体上带不同的静电电压时，静电放电的电流波形人体上带不同的静电电压时，静电放电的电流波形 t/nsI/A50A100nsU0=40kV3 从图中可以看出，静电放电过程，其从图中可以看出，静电放电过程，其峰值电流可达数十峰值电流可达数十安培安培，实验室利用，实验室利用ESDESD模拟器和电流靶可以观测到数百安培模拟器和电流靶可以观测到数百安培的静电放电电流，其电磁辐射场可在附近导线上的静

3、电放电电流，其电磁辐射场可在附近导线上感应出数百感应出数百伏乃至上千伏的电压伏乃至上千伏的电压。 由于微电子技术的发展和广泛应用由于微电子技术的发展和广泛应用, ,静电防护工程研究静电防护工程研究逐渐由原来重点研究静电放电引起燃烧爆炸之类灾害事故的逐渐由原来重点研究静电放电引起燃烧爆炸之类灾害事故的防护防护, ,转向转向重点研究静电放电辐射场引发的电磁干扰及相关重点研究静电放电辐射场引发的电磁干扰及相关危害危害。 静电放电（包括接触放电和空气放电）对电路的干扰以及对静电放电（包括接触放电和空气放电）对电路的干扰以及对元器件影响，特别是元器件影响，特别是对场效应器件（对场效应器件（CMOSCMO

4、S电路）造成的破坏电路）造成的破坏，越，越来越引起人们的重视。因而控制系统的来越引起人们的重视。因而控制系统的静电抗扰度静电抗扰度便成了一项重便成了一项重要的电磁兼容性（要的电磁兼容性（EMCEMC）指标。）指标。4 产生静电的原因大致有二产生静电的原因大致有二 ： 1 1）静电感应）静电感应 如果一个带电体靠近一个中性导体，那么静电场会使如果一个带电体靠近一个中性导体，那么静电场会使中性导体上处于平衡状态的电荷分离。在距离带电体最近的中性导体上处于平衡状态的电荷分离。在距离带电体最近的导体表面上出现与带电体上电荷极性相反的电荷，而在距离导体表面上出现与带电体上电荷极性相反的电荷，而在距离带电

5、体最远的导体表面上出现与带电体上电荷极性相同的电带电体最远的导体表面上出现与带电体上电荷极性相同的电荷。如雷雨云底部分布着大量的电荷，它们产生静电场，在荷。如雷雨云底部分布着大量的电荷，它们产生静电场，在雷雨云所覆盖的地面和各类导体上便会感应出与雷雨云底部雷雨云所覆盖的地面和各类导体上便会感应出与雷雨云底部电荷相反符号的电荷。电荷相反符号的电荷。52 2）摩擦起电）摩擦起电 两种物体互相摩擦时。由于两种物体互相摩擦时。由于电子和离子的亲和性不同电子和离子的亲和性不同，会在两个物体间引起电子和离子的移动，形成一方带正电会在两个物体间引起电子和离子的移动，形成一方带正电荷，一方带负电荷，当两物体分

6、开时，会使一部分的正电荷荷，一方带负电荷，当两物体分开时，会使一部分的正电荷与负电荷再度结合，但最后残留一部分电荷。残留电荷量与负电荷再度结合，但最后残留一部分电荷。残留电荷量大，则静电量也愈大，这种残留的电荷由该物体的绝缘性决大，则静电量也愈大，这种残留的电荷由该物体的绝缘性决定。定。6 物体带电顺序表物体带电顺序表 电子的移动方向电子的移动方向带带正正电电荷荷侧侧玻玻璃璃云云母母尼尼龙龙羊羊毛毛人人造造丝丝绢绢人人体体皮皮肤肤丙丙烯烯棉棉布布铝铝纸纸麻麻琥琥珀珀铁铁、铜铜、镍镍橡橡胶胶金金涤涤纶纶赛赛璐璐珞珞聚聚四四氟氟乙乙烯烯带带负负电电荷荷侧侧7 当两种材料发生接触时，电子将从顺序表中

7、位于左当两种材料发生接触时，电子将从顺序表中位于左侧的材料转移到顺序表中位于右侧的材料上。可以按此侧的材料转移到顺序表中位于右侧的材料上。可以按此来判断两个物体摩擦时，它们带电的极性，还可以大致估计来判断两个物体摩擦时，它们带电的极性，还可以大致估计所带电荷程度的大小，即顺序表中相隔愈开的两种材料摩擦，所带电荷程度的大小，即顺序表中相隔愈开的两种材料摩擦，产生电荷的程度就愈大。产生电荷的程度就愈大。 产生电荷的数量不仅与顺序表中材料的位置有关，而且产生电荷的数量不仅与顺序表中材料的位置有关，而且还和材料的表面清洁度、接触的压力、摩擦数量、接触面积还和材料的表面清洁度、接触的压力、摩擦数量、接触

8、面积的大小、表面光滑度以及分离速度等因素有关。同类材料在的大小、表面光滑度以及分离速度等因素有关。同类材料在经过接触、分离后也能产生电荷。一个最明显的例子就是塑经过接触、分离后也能产生电荷。一个最明显的例子就是塑料袋，在打开时能显而易见地感觉到静电的存在。料袋，在打开时能显而易见地感觉到静电的存在。8质地不同的工作服和内衣摩擦时人体带电电压质地不同的工作服和内衣摩擦时人体带电电压（kVkV）工作服工作服内内 衣衣棉纱棉纱毛毛丙烯丙烯聚酯聚酯尼龙尼龙维棉维棉纯棉纯棉1.20.911.714.71.51.8维尼纶维尼纶55%55%、棉、棉45%45%0.64.512.312.34.80.3聚酯聚酯

9、65%、人造丝、人造丝35%4.28.419.217.14.81.2聚酯聚酯65%65%、棉、棉45%45%14.115.312.37.514.713.89 工作服和内衣摩擦时发生的静电是人体带电的主要原工作服和内衣摩擦时发生的静电是人体带电的主要原因因，质地不同的工作服和内衣摩擦时人体带电电压如表所示。，质地不同的工作服和内衣摩擦时人体带电电压如表所示。人体各部位所带的静电是不均匀的，人体各部位所带的静电是不均匀的，一般认为以手腕侧的电位一般认为以手腕侧的电位最高。最高。10因塑料地面或盛器产生的静电电压测量值因塑料地面或盛器产生的静电电压测量值11几点基本概念几点基本概念 1) 1) 静电

10、是一种发生在材料表面上的现象静电是一种发生在材料表面上的现象。电荷存在于材料。电荷存在于材料的表面上，而不是材料的内部。的表面上，而不是材料的内部。 2) 2) 绝缘体上的电荷只能保持在产生它的区域，并不会分布在绝缘体上的电荷只能保持在产生它的区域，并不会分布在材料的整个表面上。正因为如此，材料的整个表面上。正因为如此，绝缘体的接地并不能减少绝缘体的接地并不能减少电荷。电荷。 3) 3) 因为绝缘体上的电荷不能自由移动，所以电荷不会引起因为绝缘体上的电荷不能自由移动，所以电荷不会引起静电放电。但静电放电。但绝缘体上的电势会在导体上感应产生电荷。绝缘体上的电势会在导体上感应产生电荷。 4) 4)

11、 静电损坏都是通过导体（包括人体潮湿的皮肤）引起的静电损坏都是通过导体（包括人体潮湿的皮肤）引起的。 5) 5) 人体是最主要的静电放电源头。人体是最主要的静电放电源头。 6) 6) 任何带电物体都很容易将自己所携带的电荷转移到导电任何带电物体都很容易将自己所携带的电荷转移到导电的人体皮肤层上。的人体皮肤层上。122 2 人体的静电模型（人体的静电模型（HBMHBM） 一个物体上所积累的电荷储存在该物体的电容中。一个物体上所积累的电荷储存在该物体的电容中。 通常，我们总认为只有在两个平板之间才会有电容，通常，我们总认为只有在两个平板之间才会有电容，实际上实际上所有的物体都有自己的自由空间电容，

12、无非第二所有的物体都有自己的自由空间电容，无非第二个平板（指地球）无限大而已。个平板（指地球）无限大而已。这个电容也就是物体可这个电容也就是物体可有的最小电容。有的最小电容。 即使是不规则形状的物体，它的即使是不规则形状的物体，它的自由空间电容主要取自由空间电容主要取决于其表面积的函数决于其表面积的函数。13人体的电容和电阻人体的电容和电阻 50pF50pF100pF100pF100pF100pF50pF50pF50050010k10k14 一个人体在一个人体在自由空间中的电容自由空间中的电容约为约为50Pf50Pf。除此以。除此以外，人体电容还包括外，人体电容还包括脚底与地面之间的电容脚底与

13、地面之间的电容（约（约100Pf100Pf）。）。 如果如果人体接近墙壁人体接近墙壁等周围的某些物体，还会增加等周围的某些物体，还会增加50Pf50Pf100Pf100Pf的电容。所以人体电容等于人体自由空间的电容。所以人体电容等于人体自由空间电容与平板电容之和，大小在电容与平板电容之和，大小在50Pf50Pf250Pf250Pf之间变化。之间变化。 人体电容也可用下列经验公式表示：人体电容也可用下列经验公式表示： C=0.55H+0.008KA/tC=0.55H+0.008KA/t式中：式中：HH人体高度（人体高度（cmcm）；）； K K鞋底材料的介质常数；鞋底材料的介质常数； A A两只

14、鞋底的总面积（两只鞋底的总面积（cm2cm2）；）； t t鞋底厚度（鞋底厚度（cmcm）。）。15 人体电阻是非线性的，其值约在人体电阻是非线性的，其值约在5005001,0001,000之之间，它和人体产生放电的位置有关。间，它和人体产生放电的位置有关。 若手指尖放电，人体电阻约为若手指尖放电，人体电阻约为10,00010,000； 若手掌放电，人体电阻约为若手掌放电，人体电阻约为1,0001,000； 若在手持的金属物体上放电，人体电阻约为若在手持的金属物体上放电，人体电阻约为500500； 若放电发生在较大的金属物体上，人体电阻可以减若放电发生在较大的金属物体上，人体电阻可以减小为小为

15、5050。 此外，影响人体电阻的因素还有皮肤表面的水分、此外，影响人体电阻的因素还有皮肤表面的水分、盐和油、皮肤接触面积和压力等。盐和油、皮肤接触面积和压力等。16人体静电放电模型人体静电放电模型 C CR RL LV V17 上图是人体的静电放电模型。电荷储存在人体电容中，上图是人体的静电放电模型。电荷储存在人体电容中，并通过一个等效的人体电阻产生放电。该静电模型没有考虑并通过一个等效的人体电阻产生放电。该静电模型没有考虑电感的大小，但是电感对确定放电电流的上升沿时间有决定电感的大小，但是电感对确定放电电流的上升沿时间有决定性的影响，应当将它计算进来。性的影响，应当将它计算进来。 该图的电路

16、可以该图的电路可以模拟模拟人体的静电放电，也可以用于静电人体的静电放电，也可以用于静电测试测试。 静电放电的静电放电的上升沿时间上升沿时间和其和其能量能量是决定放电程度的主要是决定放电程度的主要参数参数. .下表以下表以mJmJ为单位列出了不同人体静电放电模型放电产生为单位列出了不同人体静电放电模型放电产生的能量。其计算公式为：的能量。其计算公式为： W=0.5CU2 W=0.5CU2（mJ)mJ)式中：式中：CC人体对地电容，人体对地电容，F F； V V人体静电电压，人体静电电压，V V。18典型人体静电模型（典型人体静电模型（HBMHBM）的参数取值）的参数取值 来源来源C(pf)R()

17、V(V)能量（能量（mj)IEC 61000-4-21503008,000(最大最大)4.8公司公司A2501,00020,00050公司公司B15050020,00030公司公司C5010,00020,00010公司公司D30050015,00033.8公司公司E35010015,00039.4公司公司F10050010,0005.019 目前，最常用的静电模型来自目前，最常用的静电模型来自IEC 61000-4-2IEC 61000-4-2：19951995，电磁兼容，电磁兼容 试验和测量技术试验和测量技术 静电放电抗扰度试验静电放电抗扰度试验（即（即GB/T 17626.2-1998GB

18、/T 17626.2-1998）。）。 其电容为其电容为150 pF150 pF，放电电阻为，放电电阻为330330。 输出电压按接触放电和空气放电两种情况分为四个等级输出电压按接触放电和空气放电两种情况分为四个等级（见下表）。（见下表）。 接触放电是优先选择的试验方法，空气放电则用在不能接触放电是优先选择的试验方法，空气放电则用在不能使用接触放电的场合中。使用接触放电的场合中。 20静电放电的试验等级静电放电的试验等级接触放电接触放电空气放电空气放电等级等级试验电压试验电压kVkV等等 级级试验电压试验电压kVkV1212242436384841521 下图是电容为下图是电容为150 pF1

19、50 pF，电阻为，电阻为500500的人体静电模型被充电到的人体静电模型被充电到20,000V20,000V之后产生的典型的之后产生的典型的ESDESD电流波形。电流波形。 该电流波形的峰值电流为该电流波形的峰值电流为40A40A，上升沿时间（，上升沿时间（10%10%90%90%）为）为1ns,1ns, 下降沿时间为下降沿时间为100ns100ns。 与放电头串联的电感决定着波形的上升时间，设法减小该电感与放电头串联的电感决定着波形的上升时间，设法减小该电感的大小是设计的大小是设计ESDESD测试仪器的主要难题之一，该电感的大小应小于测试仪器的主要难题之一，该电感的大小应小于0.1H0.1

20、H。22典型的静电放电电流波形典型的静电放电电流波形40A40At上升沿上升沿时间时间1ns1ns下降沿下降沿时间时间100ns100nsI I23注意注意: : 通常，人体不会感受到通常，人体不会感受到3,500V3,500V以下的电压所产生的放电。以下的电压所产生的放电。 由于大多数电子器件由于大多数电子器件对数百伏电压对数百伏电压产生的放电都会非常产生的放电都会非常敏感，所以元器件的损坏可能来自人们所不能感受到的、听敏感，所以元器件的损坏可能来自人们所不能感受到的、听得见的或看得到的放电。得见的或看得到的放电。 在相反的极端情况下，若静电放电电压达到在相反的极端情况下，若静电放电电压达到

21、25kV25kV, ,人体将人体将会感觉到疼痛。会感觉到疼痛。243 3 静电放电静电放电 通常，积累在物体上的电荷有两种释放方式：通常，积累在物体上的电荷有两种释放方式：泄漏；泄漏；火花。火花。 由于火花放电会引起燃烧爆炸之类灾害事故的发生，所以由于火花放电会引起燃烧爆炸之类灾害事故的发生，所以泄漏是物体放电的首选方式泄漏是物体放电的首选方式。 由于由于湿度湿度的关系，物体携带的电荷可以通过空气泄漏。湿度的关系，物体携带的电荷可以通过空气泄漏。湿度愈高，物体上携带的电荷泄漏得愈快。愈高，物体上携带的电荷泄漏得愈快。 使用使用离子发生器向空气中释放与物体携带电荷极性相反的电荷离子发生器向空气中

22、释放与物体携带电荷极性相反的电荷，可，可以与物体携带的电荷相互抵消。空气中的离子将被吸附到物体上，与以与物体携带的电荷相互抵消。空气中的离子将被吸附到物体上，与 物体上的电荷中和，空气中产生的离子愈多，电荷的中和速度就愈快。物体上的电荷中和，空气中产生的离子愈多，电荷的中和速度就愈快。25 如果将带电导体接地，就能够使带电导体上的电荷泄漏。如果将带电导体接地，就能够使带电导体上的电荷泄漏。因为人体有导电性，所以若能使人体接地（如套上防静电腕因为人体有导电性，所以若能使人体接地（如套上防静电腕带），也能带），也能使人体携带的电荷慢慢消失使人体携带的电荷慢慢消失。 为了把泄漏电流限制在人身安全的电

23、流为了把泄漏电流限制在人身安全的电流5mA5mA以下以下，应有足，应有足够高的接地阻抗，通常够高的接地阻抗，通常防静电腕带的接地电阻为防静电腕带的接地电阻为1M1M，最小，最小接地阻抗为接地阻抗为250k250k。 但是，因为衣物和塑料物体往往是不导电的，所以人体但是，因为衣物和塑料物体往往是不导电的，所以人体接地并不能使衣物上的电荷或者人手持的塑料物体上的电荷接地并不能使衣物上的电荷或者人手持的塑料物体上的电荷消失。为此，可以用消失。为此，可以用电离或增加环境湿度电离或增加环境湿度的方法将这些不导的方法将这些不导电物体上的电荷移走。电物体上的电荷移走。26 如果物体已经携带电荷，那么物体的放

24、电应该缓慢进如果物体已经携带电荷，那么物体的放电应该缓慢进行，以行，以限制电流，防止损坏限制电流，防止损坏。 表示这一特性有一个重要参数表示这一特性有一个重要参数衰减时间衰减时间，它可表，它可表示为：示为： =式中：式中：材料的介电常数；材料的介电常数； 材料的材料的表面电阻率表面电阻率（/m/m2 2）。）。 因为静电是一种发生在材料表面上的现象，所以根据材因为静电是一种发生在材料表面上的现象，所以根据材料的表面电阻率，可将材料分成四大类（见下表）。料的表面电阻率，可将材料分成四大类（见下表）。27 材料的介电常数材料的介电常数: PC( PC(聚碳酸酯聚碳酸酯) =3.17) =3.17

25、其它材料其它材料=2-11,=2-11,相差的倍数有限；相差的倍数有限； 而不同材料的而不同材料的表面电阻率表面电阻率大小要差大小要差10101010倍。倍。 所以起主要作用的是所以起主要作用的是表面电阻率表面电阻率。28不同类型材料的表面电阻率不同类型材料的表面电阻率材材 料料表面电阻率（表面电阻率（/m/m2 2） 静电静电导电导电0105静电静电耗散耗散105109抗静电抗静电109 1014静电静电非导体非导体101429 使用接地方式很容易将表面电阻率小于使用接地方式很容易将表面电阻率小于10105 5/m/m2 2的材料的材料上所携带的电荷释放掉。上所携带的电荷释放掉。静电导体材料

26、静电导体材料耗散电荷的速度最耗散电荷的速度最快，所以使用它靠近已带电的装置比较危险。如果带电装置快，所以使用它靠近已带电的装置比较危险。如果带电装置与接地的导电材料接触，带电装置将迅速放电，放电电流峰与接地的导电材料接触，带电装置将迅速放电，放电电流峰值很大，可能会产生某种损坏。值很大，可能会产生某种损坏。 与静电导体材料相比，应首选与静电导体材料相比，应首选静电耗散材料静电耗散材料。因为它耗。因为它耗散电荷的速度很慢，很安全。接地的静电耗散材料也可用于散电荷的速度很慢，很安全。接地的静电耗散材料也可用于防止静电积累，一旦物体带电，也可以安全地泄放这些电荷。防止静电积累，一旦物体带电，也可以安

27、全地泄放这些电荷。30 抗静电材料耗散电荷的速度是最慢的抗静电材料耗散电荷的速度是最慢的。尽管如此，因为。尽管如此，因为这种材料产生电荷的速度小于耗散电荷的速度，所以对防止这种材料产生电荷的速度小于耗散电荷的速度，所以对防止物体上的静电积累却非常有用。例如粉红色聚乙烯塑料袋，物体上的静电积累却非常有用。例如粉红色聚乙烯塑料袋，为了防止摩擦带电，材料的表面电阻率不能超过为了防止摩擦带电，材料的表面电阻率不能超过10101212/m/m2 2。 无论是无论是静电耗散材料还是抗静电材料静电耗散材料还是抗静电材料，若与其它任何材，若与其它任何材料或自己分离，都会带电。它们的应用很相似，有时还归入料或自

28、己分离，都会带电。它们的应用很相似，有时还归入同一组。在静电敏感环境中它们是同一组。在静电敏感环境中它们是首选首选。 31 静电非导体材料静电非导体材料不能耗散电荷，但可以保持自己携不能耗散电荷，但可以保持自己携带的电荷不变，而不管电荷是何极性。例如聚苯乙烯塑带的电荷不变，而不管电荷是何极性。例如聚苯乙烯塑料包装材料和聚乙烯塑袋，料包装材料和聚乙烯塑袋，在静电敏感环境中严禁使用在静电敏感环境中严禁使用。 32 目前，仪表常用的面板材料是：目前，仪表常用的面板材料是：材料名称材料名称表面电阻率表面电阻率（/m/m2 2）主要性能主要性能数据来源数据来源PCPC（聚碳酸酯）（聚碳酸酯）101014

29、14-10-101515机械性能佳机械性能佳德国巴尔德国巴尔PA（尼龙（尼龙6）10101414化学化学稳定性好稳定性好德国巴士夫德国巴士夫PA（尼龙（尼龙66）10101010-10-101313化学化学稳定性好稳定性好德国巴尔德国巴尔33 由上可知，由上可知，PAPA（尼龙）的防静电性能要优于（尼龙）的防静电性能要优于PCPC（聚碳酸酯）。（聚碳酸酯）。为了综和考虑，可以采取如下措施：为了综和考虑，可以采取如下措施： 1 1）在原材料中加防静电的）在原材料中加防静电的添加剂添加剂； 2 2）在仪表面板上）在仪表面板上涂表面涂层涂表面涂层，使表面电阻率符合要求。，使表面电阻率符合要求。344

30、 4 产品设计中的静电保护产品设计中的静电保护 静电危害源对受害物体的影响，其作用机理除静电危害源对受害物体的影响，其作用机理除库仑力作库仑力作用用的力学效应外，主要是通过能量的的力学效应外，主要是通过能量的直接传导直接传导、电容性耦合电容性耦合、电感性耦合电感性耦合和和电磁场辐射电磁场辐射等四种方式发生作用：等四种方式发生作用： 1 1）直接传导直接传导，指的是静电放电电流直接流过敏感电路，指的是静电放电电流直接流过敏感电路的情况，这种方式往往是由于静电放电电流产生的的情况，这种方式往往是由于静电放电电流产生的热效应热效应对对电路产生损坏。电路产生损坏。 由于静电放电是在由于静电放电是在ns

31、ns或或ss量级的时间内完成的，是一量级的时间内完成的，是一种种绝热过程绝热过程。作为点火源、引爆源，可瞬时引起易燃易爆气。作为点火源、引爆源，可瞬时引起易燃易爆气体或物质的燃烧爆炸；也可以使微电子器件、电磁敏感电路体或物质的燃烧爆炸；也可以使微电子器件、电磁敏感电路过热，造成局部热损伤，使电路性能变坏或失效。过热，造成局部热损伤，使电路性能变坏或失效。35 2 2）电容性耦合电容性耦合。指的是静电放电电流对敏感电路附近的金属。指的是静电放电电流对敏感电路附近的金属物体或电路放电时物体或电路放电时通过放电产生的电场耦合到敏感电路中去通过放电产生的电场耦合到敏感电路中去。 静电危害源形成的电场不

32、仅可以使静电危害源形成的电场不仅可以使MOSMOS场效应器件的栅氧场效应器件的栅氧化层击穿或金属化线间介质击穿，造成电路失效，而且对许化层击穿或金属化线间介质击穿，造成电路失效，而且对许多测试仪器和敏感器件的电磁屏蔽提出了更高的要求。多测试仪器和敏感器件的电磁屏蔽提出了更高的要求。 CMOSCMOS电路最怕静电电路最怕静电，最易因静电而损坏。其，最易因静电而损坏。其氧化膜的耐氧化膜的耐压压界限约为界限约为100-150V100-150V。所以对于带成千上万伏静电的人一旦。所以对于带成千上万伏静电的人一旦接触电路会对器件带来很严重的后果。接触电路会对器件带来很严重的后果。 36 3 3）电感性耦

33、合电感性耦合。指的是静电放电在设备的金属外壳等导。指的是静电放电在设备的金属外壳等导电材料中引起的强电流可形成电材料中引起的强电流可形成磁场耦合磁场耦合，其放电能量虽然，其放电能量虽然不大，但不大，但瞬间的功率十分巨大瞬间的功率十分巨大，会对电路和器件产生干扰，会对电路和器件产生干扰和危害。因此对控制系统的设计和磁屏蔽材料的选择都提和危害。因此对控制系统的设计和磁屏蔽材料的选择都提出了苛刻的要求。出了苛刻的要求。374 4）电磁场耦合电磁场耦合。静电放电引起的射频干扰，对信息化设备。静电放电引起的射频干扰，对信息化设备造成电噪声、电磁干扰，使其产生误动作或功能失效。强造成电噪声、电磁干扰，使其

34、产生误动作或功能失效。强电磁脉冲及其浪涌效应对电子设备可以造成硬损伤或软损电磁脉冲及其浪涌效应对电子设备可以造成硬损伤或软损伤，既可以造成器件或电路的性能参数劣化或完全失效，伤，既可以造成器件或电路的性能参数劣化或完全失效，也可以形成累积效应，埋下潜在的危害，使电路或设备的也可以形成累积效应，埋下潜在的危害，使电路或设备的可靠性降低。可靠性降低。38由于静电放电产生的由于静电放电产生的效应效应，可以分成三类：，可以分成三类：1 1）硬损伤硬损伤。即已造成硬件的实际损坏。即已造成硬件的实际损坏。2 2）软损伤软损伤。对系统的正常运行有影响，但不会使系统产生物。对系统的正常运行有影响，但不会使系统

35、产生物理上的损坏。譬如使存储位的改变和程序进入死循环等。理上的损坏。譬如使存储位的改变和程序进入死循环等。3 3）短暂状态异常短暂状态异常。没有产生任何错误，但能明显地感觉得到。没有产生任何错误，但能明显地感觉得到。例如例如CRTCRT显示器上的雪花点、图象滚动和指示灯的瞬间闪烁显示器上的雪花点、图象滚动和指示灯的瞬间闪烁等。等。 设计出来的控制系统应当有一定的静电抗扰度而不遭损坏（硬设计出来的控制系统应当有一定的静电抗扰度而不遭损坏（硬损伤），通常也不会产生软损伤。一般情况下，短暂状态异常是可损伤），通常也不会产生软损伤。一般情况下，短暂状态异常是可以接受的。以接受的。39 防止控制系统和电

36、路不受静电放电的干扰和破坏的基本方防止控制系统和电路不受静电放电的干扰和破坏的基本方法有：法有：1 1）抑制干扰源抑制干扰源，减小或消除源头上的静电积累；，减小或消除源头上的静电积累；2 2）隔离导体，防止放电隔离导体，防止放电；3 3）将敏感电路旁路将敏感电路旁路，为静电放电电流提供可选择的泄放路径（分，为静电放电电流提供可选择的泄放路径（分开接地开接地PEPE和和E E）；）；4 4）对敏感电路实施屏蔽对敏感电路实施屏蔽，使其不受静电放电引起的电场的影响；，使其不受静电放电引起的电场的影响；5 5）保护敏感电路保护敏感电路，以阻止由放电产生的磁场的进入。，以阻止由放电产生的磁场的进入。 4

37、04.1 4.1 金属火花吸收器的抗静电应用金属火花吸收器的抗静电应用 在设计键盘和控制面板时应当遵循这样一条原则：在设计键盘和控制面板时应当遵循这样一条原则：静电放电电流静电放电电流能够直接到地，而不会流过敏感的电路或器件。能够直接到地，而不会流过敏感的电路或器件。 若是使用绝缘键盘，那么可以在在键盘与电路之间使用若是使用绝缘键盘，那么可以在在键盘与电路之间使用金属火花金属火花吸收器吸收器，为，为ESDESD电流提供可选择的泄放路径。电流提供可选择的泄放路径。 如下图所示，金属火花吸收器安装在绝缘面板的后面，而且金属如下图所示，金属火花吸收器安装在绝缘面板的后面，而且金属火花吸收器应当接地到

38、机壳或机架的保护地上，火花吸收器应当接地到机壳或机架的保护地上，绝不能接到工作地上绝不能接到工作地上。41金属火花吸收器的抗静点作用金属火花吸收器的抗静点作用 印刷线路板印刷线路板绝缘面板绝缘面板火花吸收器火花吸收器424.2 4.2 印刷线路板上的保护环印刷线路板上的保护环 操作人员将印刷线路板插拔到母板上去的动作是产生操作人员将印刷线路板插拔到母板上去的动作是产生ESDESD损伤问题的一个常见原因。为此，可损伤问题的一个常见原因。为此，可沿电路板的边缘设计一沿电路板的边缘设计一个保护环，并将该保护环接地。个保护环，并将该保护环接地。当操作人员手拿电路板时，当操作人员手拿电路板时，可以将人体

39、上的电荷通过保护环释放到接地装置上去。可以将人体上的电荷通过保护环释放到接地装置上去。 电路板接入系统后，保护环仍然起到保护它的作用。若电路板接入系统后，保护环仍然起到保护它的作用。若有带电的人或物体靠近电路板，任何产生的放电都有可能是有带电的人或物体靠近电路板，任何产生的放电都有可能是向接地的保护环，而不是向着电路板上的电路。向接地的保护环，而不是向着电路板上的电路。43印刷线路板上的保护环印刷线路板上的保护环 保护环保护环接保护地接保护地444.3 4.3 采用金属屏蔽体采用金属屏蔽体电路电路静电放电静电放电45 用一个用一个接地金属盒接地金属盒完全罩在一个电路上，并使两者之间完全罩在一个

40、电路上，并使两者之间相互分离，该电路与金属盒没有任何接触。当发生放电时，相互分离，该电路与金属盒没有任何接触。当发生放电时，由于存在接地引线电感，金属盒的电位就会上升。金属盒内由于存在接地引线电感，金属盒的电位就会上升。金属盒内电路的电位差也会随之上升，即使这样，但在金属盒内的电电路的电位差也会随之上升，即使这样，但在金属盒内的电路上的各点之间不会产生电位差。因此，只要金属盒能够将路上的各点之间不会产生电位差。因此，只要金属盒能够将电路完全屏蔽，电路就不会损坏。电路完全屏蔽，电路就不会损坏。 如果金属屏蔽盒不连续或有孔洞，在金属屏蔽盒的表面如果金属屏蔽盒不连续或有孔洞，在金属屏蔽盒的表面就会产

41、生电位差。这种屏蔽盒内的各部分与电路之间的分布就会产生电位差。这种屏蔽盒内的各部分与电路之间的分布电容形成的电压，会在电路中产生新的电压。这样也许会影电容形成的电压，会在电路中产生新的电压。这样也许会影响电路的正常工作，所以响电路的正常工作，所以要尽可能地完全将电路屏蔽要尽可能地完全将电路屏蔽。 464.4 4.4 对电缆接插件静电放电的干扰及其对策对电缆接插件静电放电的干扰及其对策 目前一般设备的外接电缆接插件经常使用金属外壳的插座，目前一般设备的外接电缆接插件经常使用金属外壳的插座，由于这种插座经常被人体所接触，所以也经常会通过插座对其由于这种插座经常被人体所接触，所以也经常会通过插座对其

42、附近的元器件造成静电放电干扰。附近的元器件造成静电放电干扰。 相应的措施是，相应的措施是，在固定插座时要注意让其金属外壳与地有良在固定插座时要注意让其金属外壳与地有良好的导电性能。好的导电性能。使用螺钉固定时要注意其对地通路的电气接触使用螺钉固定时要注意其对地通路的电气接触可靠，以防止时间长久后接地电阻增大，又会发生静电放电。可靠，以防止时间长久后接地电阻增大，又会发生静电放电。474.5 4.5 电路设计和印刷线路板布线电路设计和印刷线路板布线 1 1）不选用脉冲边沿触发方式不选用脉冲边沿触发方式。2 2）避免将避免将MOSMOS器件直接连到容易发生静电放电的连器件直接连到容易发生静电放电的

43、连接器引出端接器引出端。3 3）印刷电路上所有的）印刷电路上所有的回路面积应尽可能的小回路面积应尽可能的小。485 5 控制室防止产生静电的基本措施控制室防止产生静电的基本措施 为了防止控制室产生静电，控制室的设计应采取下列的措施：为了防止控制室产生静电，控制室的设计应采取下列的措施：1 1）防止静电的产生是最彻底的方法，从产生静电的机理看，应该）防止静电的产生是最彻底的方法，从产生静电的机理看，应该从降低有关物体的绝缘度着手，使两物体即使摩擦也不产生或少产从降低有关物体的绝缘度着手，使两物体即使摩擦也不产生或少产生静电。为此：生静电。为此： A. A.保持控制室内的相对湿度在保持控制室内的相

44、对湿度在40%-60%40%-60%之间，北方地区或在干燥的之间，北方地区或在干燥的冬季，因静电产生的故障的事例要远大于东南沿海地区或其它冬季，因静电产生的故障的事例要远大于东南沿海地区或其它季节；季节； B. B.铺设具有导电性能的防静电地板或地毯；铺设具有导电性能的防静电地板或地毯； C. C.操作人员宜穿防静电工作服；操作人员宜穿防静电工作服； D. D.在控制室入口处，设置吸尘地毯，以减少静电的生成。在控制室入口处，设置吸尘地毯，以减少静电的生成。492 2）操作人员应在手腕上带防静电手带，这种手带应有良好的）操作人员应在手腕上带防静电手带，这种手带应有良好的接地性能。接地性能。3 3

45、）控制柜以及电缆的屏蔽层都必须保持良好的接地。一般，）控制柜以及电缆的屏蔽层都必须保持良好的接地。一般，凡作保护接地的机柜，均可认为已作了静电接地。凡作保护接地的机柜，均可认为已作了静电接地。506 6 控制系统静电放电抗扰度的试验控制系统静电放电抗扰度的试验 控制系统的下列部件需进行静电放电抗扰度试验：控制系统的下列部件需进行静电放电抗扰度试验：1 1）系统整体机柜或者单个底座（机笼）；）系统整体机柜或者单个底座（机笼）；2 2）各类卡件；）各类卡件；3 3）上位机（工控机）；）上位机（工控机）；4 4）电源或配电箱；）电源或配电箱；5 5）端子板或接线排；）端子板或接线排；6 6）通讯线（

46、网线）；）通讯线（网线）；7 7）信号线等。）信号线等。51 所考虑的试验点包括：所考虑的试验点包括：1 1）与地绝缘的金属外壳；）与地绝缘的金属外壳；2 2）与操作人员容易接触的区域；）与操作人员容易接触的区域；3 3）指示器、发光二极管、缝隙、栅格等。）指示器、发光二极管、缝隙、栅格等。 52静电放电的试验布局静电放电的试验布局 53 整个试验装置如下图所示。试验时，放电枪的接地电缆整个试验装置如下图所示。试验时，放电枪的接地电缆要与被试设备至少保持要与被试设备至少保持20cm20cm的距离，以避免感应影响试验结的距离，以避免感应影响试验结果。试验速度果。试验速度1 1次次/s/s，每一个

47、放电点至少放电，每一个放电点至少放电1010次。直接放电次。直接放电试验应包括在使用中可能接触到的任何地方。试验应包括在使用中可能接触到的任何地方。 依据依据IECIEC标准，控制系统的防静电抗扰度应达到：标准，控制系统的防静电抗扰度应达到：空气放电为空气放电为3 3级级, , 接触放电为接触放电为2 2级级. . 在试验期间，允许性能降低，但实际工作状态或存储的在试验期间，允许性能降低，但实际工作状态或存储的数据不允许改变。数据不允许改变。547 7 结束语结束语 从从19841984年年M.HondaM.Honda首先指出间接静电放电是一种新的电首先指出间接静电放电是一种新的电磁干扰源，能

48、对电子设备造成严重威胁，至今已有二十多年磁干扰源，能对电子设备造成严重威胁，至今已有二十多年了。了。 静电的累积以及随后的放电问题，由于不可控制的环境静电的累积以及随后的放电问题，由于不可控制的环境条件以及微电子器件的广泛应用而变得更加令人关切。条件以及微电子器件的广泛应用而变得更加令人关切。 1989 1989年年5 5月月3 3日欧共体颁布了关于协调成员国有关电磁日欧共体颁布了关于协调成员国有关电磁兼容法律的理事会指令，将兼容法律的理事会指令，将EMCEMC作为防护目标。这一指令作为防护目标。这一指令于于19921992年年1111月月9 9日被转成德国法律设备电磁兼容法。日被转成德国法律

49、设备电磁兼容法。19951995年年8 8月月3030日修订了该法律，违反了电磁兼容法将被视为日修订了该法律，违反了电磁兼容法将被视为犯罪。犯罪。19911991年，在美国政府工作报告（年，在美国政府工作报告（AD-A243367AD-A243367）中已把）中已把静电放电和十多种电磁危害源综合考虑为电磁环境效应静电放电和十多种电磁危害源综合考虑为电磁环境效应（Electromagnetic Environment Effect),Electromagnetic Environment Effect),简称简称E E3 3问题。由问题。由此足见提高电子产品的电磁兼容性的重要性。此足见提高电子产品的电磁兼容性的重要性。55 设备性能的任何一项性能指标的提设备性能的任何一项性能指标的提高，都必须在产品的设计阶段予以考虑。高，都必须在产品的设计阶段予以考虑。谢谢大家谢谢大家56