电磁兼容之静电放电

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电磁兼容之静电放电

人体静电，是怎样产生的，怎样放电，铁不是绝缘体，可以放电吗，为什么，地球为什么可以放电

维修电器如何防静电

电磁兼容专业问题：静电枪为什么会对金属的测试样品放电？对塑料的测试样品又不能放电？

一、电磁兼容之静电放电

静电放电（ESD）是指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，ESD会导致电子设备严重地损坏或操作失常，因而在芯片和系统设计中ESD是一项非常重要的指标。

目前的ESD测试标准有很多种，一般可分为芯片级和系统级，芯片级的测试包括多种静电放电模型，主要有人体模型（HBM）、机器模型（MM）、组件充电模型（CDM）等，系统级测试则包含直接放电和间接放电两种方式，以下将详细介绍系统级ESD测试。

系统级ESD测试又称为静电放电抗扰度测试，是模拟操作人员或物体在接触设备时产生的放电或是人或物体对邻近物体的放电，以检测被测设备抗静电干扰的能力。静电抗干扰度测试标准主要有：IEC61000-4-2。

IEC标准规定的静电放电方式有两种：

（1）直接放电：直接对受试设备实施放电；

（2）间接放电：对受试设备附近的耦合板实施放电，以模拟人员对受试设备附近的物体的放电。

图7、图8分别为IEC61000-4-2中规定的静电放电发生器电路和典型放电波形。

图7 静电放电发生器电路

图8 电流波形

直接放电有两种方式，接触放电和空气放电。

接触放电是针对半成品电子产品或是含有金属外壳的电子产品，即人体可以接触到的部份，对这一部分采用接触式放电，模拟在生产或运输以及使用过程中可能存在的人体放电导致电子产品损坏的情况。

空气放电是针对塑料外壳或者金属外壳外面涂有绝缘漆的一种放电方式，这种放电方式不通过直接接触而是通过高压静电脉冲击穿空气，传输到产品内部导致电子产品或元器件损坏的一种方式，主要考验的是塑料外壳接缝或按键缝隙的紧密性、绝缘性能。

标准规定，接触放电是优先选择的试验方法，凡可以用接触放电的地方一律用接触放电，空气放电则用在不能使用接触放电的场合。如对于有镀膜的产品，如制造商未说明漆膜是绝缘层，试验时需使用接触放电的电极头尖端刺破漆膜进行放电试验，若漆膜为绝缘层，则采用空气放电。

IEC中规定的静电放电试验等级如下表：

“X”是开放等级，如果规定高于表格中的电压，则可能需要专用的设备。

试验点主要选择以下位置：

（1）金属外壳。

（2）控制或键盘区域任何点或是操作人员易接近的区域如开关、按键、旋钮、按钮等。

（3）指示器、发光二极管、外壳缝隙、栅格、连接器罩等。

每一个实验点上应至进行10次放电实验（正或负极性），连续单次放电时间间隔应至少大于1秒。

间接放电指对水平耦合板和垂直耦合板进行放电，耦合板距离设备一定距离（通常为0.1m），并通过两个470K欧的电阻接地，所以当对耦合板放电时，通过耦合板形成可重复的静电场，对设备进行干扰，模拟设备抗静电场干扰的能力。

由于受试设备和系统的多样化，静电试验会对设备和系统产生何种影响比较难以明确，若产品技术规范没有给出明确的技术要求，则试验结果应该按受试设备的运行条件和功能规范进行如下分类：

（1）在技术要求限值内性能正常；

（2）功能或性能暂时丧失或降低，但在实验停止后能自行恢复，不需要操作者干预；

（3）功能或性能暂时丧失或降低，但需操作者干预或系统复位才能恢复；

（4）因设备硬件或软件损坏，或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低。

技术规范中可以定义静电试验对受试设备产生的影响，并规定哪些影响是可以接受的。

一般来说，如果受试设备在整个试验期间显示较强的抗静电干扰性，并且在试验结束后，受试设备满足技术规范中的功能要求，则表明试验合格。

一、人体静电，是怎样产生的，怎样放电，铁不是绝缘体，可以放电吗，为什么，地球为什么可以放电

楼主你好，以下讲到的是一些静电与放电的常识，希望它们能帮助到你。

人体静电：
人体产生静电是由原子外层的电子受到各种外力的影响发生转移，分别形成正负离子造成的。任何两种不同材质的物体接触后都会发生电荷的转移和积累，形成静电。人身上的静电主要是由衣物之间或衣物与身体的摩擦造成的，因此穿着不同材质的衣物时“带电”多少是不同的，比如穿化学纤维制成的衣物就比较容易产生静电，而棉制衣物产生的就较少。而且由于干燥的环境更有利于电荷的转移和积累，所以冬天人们会觉得身上的静电较大。

在不同湿度条件下，人体活动产生的静电电位有所不同。在干燥的季节，人体静电可达几千伏甚至几万伏。实验证明，静电电压为5万伏时人体没有不适感觉，带上12万伏高压静电时也没有生命危险。不过，静电放电也会在其周围产生电磁场，虽然持续时间较短，但强度很大。科研人员正在研究静电电磁场对人体的影响。
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避免静电过量积累有几种简单易行的方法：
第一，到自然环境中去。有条件的话，在地上赤足运动一下，因为常见的鞋底都属绝缘体，身体无法和大地直接接触，也就无法释放身上积累的静电。
第二，尽量少穿化纤类衣物，或者选用经过防静电处理的衣物。贴身衣服、被褥一定要选用纯棉制品或真丝制品。同时，远离化纤地毯。
第三，秋冬季要保持一定的室内湿度，这样静电就不容易积累。室内放上一盆清水或摆放些花草，可以缓解空气中的静电积累和灰尘吸附。
第四，长时间用电脑或看电视后，要及时清洗裸露的皮肤，多洗手、勤洗脸，对消除皮肤上的静电很有好处。 第五，多饮水，同时补充钙质和维生素c，减轻静电对人带来的影响。

人体放电：
静电放电（ESD）是大家熟知的电磁兼容问题，它可引起电子设备失灵或使其损坏。当半导体器件单独放置或装入电路模块时，即使没有加电，也可能造成这些器件的永久性损坏。对静电放电敏感的元件被称为静电放电敏感元件（ESDS）。
如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的电压超过元件介质的击穿强度，就会对元件造成损坏。这是MOS器件出现故障最主要的原因。氧化层越薄，则元件对静电放电的敏感性也越大。故障通常表现为元件本身对电源有一定阻值的短路现象。对于双极性元件，损坏一般发生在薄氧化层隔开的已进行金属喷镀的有源半导体区域，因此会产生泄漏严重的路径。
另一种故障是由于节点的温度超过半导体硅的熔点（1415℃）时所引起的。静电放电脉冲的能量可以产生局部地方发热，因此出现这种机理的故障。即使电压低于介质的击穿电压，也会发生这种故障。一个典型的例子是，NPN型三极管发射极与基极间的击穿会使电流增益急剧降低。
器件受到静电放电的影响后，也可能不立即出现功能性的损坏。这些受到潜在损坏的元件通常被称为“跛脚”，一旦加以使用，将会对以后发生的静电放电或传导性瞬态表现出更大的敏感性。
要密切注意元件在不易察觉的放电电压下发生的损坏，这一点非常重要。人体有感觉的静电放电电压在3000 — 5000V之间，然而，元件发生损坏时的电压仅几百伏。
静电放电的危害效应是在二十世纪七十年代开始认识到的，这是由于新技术的发展导致元件对静电放电的损坏越来越敏感。静电放电造成的损失每年可达到几百万美元以上。因此，许多大型的元件和设备制造厂引进专业技术以减小生产环境中的静电积累，从而使产品合格率和可靠性提高了许多。用户根据自己的经验也懂得了防治静电放电损害的重要性。

地球的放电：

人们都知道地球是个大磁场，但很少人知道地球还是个大电场，地球的电场是天为正，地为负，赤道强，两极弱，地球电场的方向是从外层空间有大气电离子开始直指地心．即可以说：离地面越高电场越正，离地心越近电场越负．气象学里的书介绍说：在海平面上空，每米电位差是130V，在20公里高的平流层，每米电位差是5V．地球大气层中的云块，在电场作用下，几乎所有的云元都被极化，极化的云块都是上正下负的电性．如果云块巨大，上下风速不一致时，则被分为两块，其中一块带电正，不块带电负．长时间在空中飘浮的云都被充分极化．等高的云电性相同要相斥，相异要相吸，由于云的复杂运动，云块间不同极性的云块常会相吸后发生放电现象，这就形成了雷电．

目前，人们所知道的给地球补充电子的再生机制有两个。一是闪电放电，另一个是尖端放电。
我们已经知道，闪电分为云地闪电和云内闪电两类。由于云中电荷的分布不同，云地闪电又可分为正闪电和负闪电；一般将云中正电荷对地的放电称为正闪电，而云中负电荷对地的放电称负闪电。正闪电时，电流由云流向地面，负闪电时，电流地面由流向云。即正闪电是正电荷由云流向地球，负闪电是负电荷（电子）由云流向地球。在云地闪电中，绝大多数是负闪电，正闪电几乎可以忽略不计，所以，我们可以认为云地闪电是云向地球输入负电量。据估计，在每秒钟大约100次的全球雷电活动中，有大约10%是云地闪电，而每次闪电平均输送的电量约为20库仑，因此其总电流为200安培。这只相当于晴天大气漏电电流1800安培的1/9左右。

在下雨的时候，如果用屏蔽的法拉第漏斗收集一些降水，然后用静电计测量这写降水，我们就会发现，收集的降水往往带有某种电荷。如果你分别在多个雨季进行这种实验，那么你就会发现，有时收集到正电荷，有时收集到负电荷。在地面的测量通常表明，降水电荷与降水粒子通过的云气下气层中的空间电荷同号：在晴天电场下，低空中具有正电荷，到达地面的降水就带正电荷。在雷雨云下，地面电场与晴天相反，在云下形成负空间电荷电极层，到达地面的降水就带负电荷。

科学家们通过对降水粒子带电性的大量测量，得到了如下一些特征：
（1）降水有时带正电，有时带负电；（2）带正电和带负电的降水粒子是混合在一起的，只有偶尔出现所有降水粒子都带同种电荷的情况；（3）综合大量的观测发现，带正电荷的雨量比带负电荷的雨量来的大，因而造成一股向地球输送的正电流；（4）雷雨带有大量的电荷，雷雨中心的雨常常以带正电荷为主。综上所述，降水向地球输送的电流以正电流占优势，亦即将正电荷带到了地球。据估算，一次25毫米/小时的降雨，将产生一股约2×10-3安培/公里2的电流。降雨形成最大电流可达2×10-2安培/公里2。所以，降水形成的电流不是产生电子，而是消耗电子。

在大气电场特别强的时候，常常可以看到行驶在海上的船只的桅杆尖端上，出现一种奇妙的电光，这是一种电晕现象，人们称它为“桅杆电光”。在雷暴天气下，地面上的许多突起物，如树木、青草和其他尖端物体都会产生类似的尖端放电（发光）现象。中世纪时，欧洲人在一个名叫爱尔摩的教堂的屋顶上经常看到这种电火光，，所以人们又将它称为“爱尔摩火”。

地面物体尖端放电（发光），是一种自然现象。不论是在晴天还是雷暴活动时，这种现象都有可能出现。不过，在大气电场不是很强的情况下，尖端放电不会产生发光现象。在雷暴天气时，大气电场非常强，地面尖端物体被感应带上大量的电荷，使尖端物体附近的电场更强。尖端物体使原来平直的等位电面发生畸变，尖端处的等位电面变得尤为密集，也就是该处电场比云下平均电场强得多。当尖端处的电场超过3万伏特/厘米时，附近的空气将被击穿而发生电离，产生正、负大气离子。与尖端上电荷符号相反的离子被吸引过来，发生中和，使尖端的电荷逐渐消失，同时形成发光现象。

有人认为，对于空气中的金属尖端，放电过程始于紧挨尖端的小团空气体积中，那里的电场足够强，使得气体分子通过与电子的碰撞而电离，这些电子在其平均自由程中受到电场加速，到达尖端附近时它们的动能已超过气体的电离电位。这一作用过程能释放更多的电子，而新释放的电子又以同样的方式起作用。因此，发生了累积电离过程，这叫做电子雪崩，从而产生了电晕放电现象。

尖端放电与云地闪电一样，绝大多数是将电子输送到地球，而且它的输送效率大大高于闪电。

为了考察地球的电量收支情况，有人根据各种测量结果，对晴天大气漏电电流、降水电流、闪电放电和尖端放电进行了粗略地估算，其结果是：晴天大气漏电电流向地球输送的电量为每年+120库仑/公里2，各种类型的降水电流为每年+30库仑/公里2，闪电放电电流为每年-20库仑/公里2，尖端放电电流每年为-170库仑/公里2。几项综合起来，正、负相抵，地球每年电荷的净收入为-40库仑/公里2，这表明地球每年获得了许多额外的电子。而观测结果是，地球所带的电量基本上是恒定的。所以，肯定是什么地方出了问题，要么是估算不准确，要么是还有什么输送电荷的机制被我们所忽视。

二、维修电器如何防静电

1．购买一双防静电手套。因为防静电手套在摩擦过程中本身不会产生静电，有很好的预防静电作用。修理中用手拿半导体零件尤其是集成电路和MOS管时，一定要戴上手套。
2．购买一只防静电手腕环。防静电手腕环的一端与大地相连(一般用截面大干16cm2的金属，埋于湿地1米以下，并引出接线端作地端)。
3．自制防静电手腕片：取铁皮10mm×10mm一块，将一只1M／0．25W电阻引脚的一端焊接在铁皮上，另一端焊上一根铜导线，与大地相连。再用宽的松紧带将铁皮手腕片箍戴在手腕上即可。
4．大多数维修人员所用电烙铁的电源线插头均为二芯插头，无接地线，这样很不安全。应将电烙铁金属头部用导线接地，以防烙铁头漏电，损伤电子零件。
如果电烙铁的电源线插头是三芯插头，请检查电源插座内是否有可靠的接地线，以防接地线虚设。
　　1.断开所有电源。

　　2.打开机箱之前，双手可以触摸一下墙壁或者地面，释放身上的静电。拿主板或插卡时，应尽量拿卡的边缘，不要用手触摸板卡的集成电路。

　　3.保持一定的湿度，空气干燥也会容易产生静电。

　　4.使用电烙铁、电风扇的电器时，要接好地线，显示器的电源插头当中的地下也要接地，看电源插座是否有地线，要尽量使用带地线的插板和电源线。

三、电磁兼容专业问题：静电枪为什么会对金属的测试样品放电？对塑料的测试样品又不能放电？

静电放电分直接放电和间接放电。其中直接放电有直接放电和空气放电，塑料外壳的产品一般用空气放电，塑料外壳产品被打死，有可能是由于二次放电引起或者间接放电产生的电磁场耦合干扰导致。要想减轻电磁场耦合的影响，一要减小印制电路板的信号环路面积，二要加屏蔽措施，减小二次放电需要增加电路板与外壳的电气间隙等