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【摘 要】 本文通过对静电及其产生与危害的介绍，详细阐述了静电测试技术和静电防护技术的原理与应用。
【关键词】 静电 静电测试 静电防护
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.03.008
随着微电子技术的飞速发展，电子设备中广泛使用各种低电压供电的集成电路芯片与器件，由静电放电产生的冲击电流很容易引起这些芯片与器件损坏。静电放电的危害轻则使设备工作异常，严重时可导致设备系统瘫痪，因此对静电放电进行深入研究非常必要。
静电是电荷积累产生的一种现象，即一种处于静止状态的电荷。静电研究主要包含以下内容：静电的产生以及静电放电的机理，为消除静电放电提供理论依据；静电对集成芯片与电子器件的破坏机理，可为提高集成芯片与电子器件的抗静电破坏能力提供有效措施；电子设备的静电放电测试技术，为电子设备的抗静电能力提供测试方法与测量数据；静电放电模拟器校准技术，可在实验室环境下模拟静电放电过程，进一步为静电放电测试提供技术保证。
静电研究是静电放电技术的基础，静电放电研究可以从静电源、静电测试、静电损坏机理以及静电防护等几方面入手，本文详细分析了静电测试与静电防护的原理和方法。
1 静电测试
1.1 静电放电测试
静电放电测试主要通过对静电电流、静电电压、静电放电辐射和静电脉冲波形等项目的定量测试，完成对静电参数和静电放电参数的分析与测量。
静电产生的来源可以是人体、仪器设备，或者是静电放电模拟器，静电放电模拟器是用可调静电电压的放电设备来模拟不同强度的静电放电，用于测量被测电子设备的抗静电放电能力的静电专用测试仪器。静电放电通常有高电压、大电流、高场强和窄脉冲等特点，针对以上特点，分别采用下列测试系统测量静电参数和静电放电参数：静电高压测试系统，由高压探头与静电高压表组成，用于测量被测电子设备的静电高压，以此测量静电源的电荷积累程度，通常采用较高输入阻抗（大于1G[Ω]）的高压探头和量程超过30kV的静电高压表；静电脉冲测量系统：由单次采样率大于10G/s的高采样率示波器和采样探头组成，测量静电脉冲上升时间和静电放电脉冲电流等参数，来评价静电脉冲电流对电路的冲击破坏程度；脉冲频谱测量系统：由测量频率范围大于18GHz的频谱仪和宽带天线组成，用于测量静电脉冲的频谱分量，通过对脉冲的能量分布分析，确定静电脉冲对被测设备和邻近电路的静电辐射影响。
1.2 抗静电放电测试
GB/T 17626.2-1998《静电放电抗扰度试验标准》规定了电气和电子设备遭受静电放电时的抗扰度要求和试验方法，规定了静电放电来自操作者对邻近物体在不同环境和安装条件下试验等级和试验程序，通常静电放电试验方法都参照这一标准，由静电放电模拟器和专用测试平台组成抗静电放电测试系统。专用测试平台由一定面积的导电金属板构成，对置于测试平台上的被测设备，用静电放电模拟器模拟不同强度的静电放电，测量被测设备的抗静电放电能力。
《静电放电抗扰度试验标准》中还介绍了直接放电、间接放电、接触放电、空气放电等定义，一般试验分4个等级，其中第四级规定接触放电8kV，对空气放电15kV，静电放电模拟器的储能电容150pF，放电电阻330[Ω]。为了满足不同类型产品与设备测试的需要，也可适当改变静电模拟器的电参数，如可采用提高放电电压的方法测试产品与设备的静电耐压能力，还可采用降低放电电阻值的方法，增大放电电流强度，测试产品与设备的承受大电流能力。
2 静电防护
静电大量积累极易引起火灾、爆炸、人身电击、电子仪器器件失效和损坏，对生产过程产生不良影响，应采取各种防范措施消除静电带来的危害。主要是通过抑制静电源、加速静电的泄漏、静电中和等手段消除静电带来的不利因素。
对物体的表面形状、带电历史、接触面积和压力、分离速度等可能产生静电的因素尽量予以排除，相互接触并带有静电的物体应尽量接近，物体间的接触面积和压力要尽量小，接触次数要少，温度要低，分离速度要小，接触状态的改变宜缓慢忌突变等。由于粉状固体、液体、气体在运输过程中摩擦会产生静电，因此要采取减少管道弯曲，增大管道直径、限制流速、避免剧烈振动等措施来抑制静电的产生。
采用表面具有一定电阻的材料做静电防护材料，可以防止或减轻由于电荷积累产生的静电放电，此时静电防护的重要参数就是材料的表面电阻，应用相应的测量头，可以用表面电阻表测量表面电阻。为检测静电防护材料的耐高压能力，也可在材料上施加高电压，检验材料的物理性能是否发生改变。
在电子仪器及设备上主要采用以下静电防护措施：
（1）接地。即将电子仪器及设备上的金属导体或外壳与大地（接地装置）进行电气连接，可将设备产生的静电电荷通过导体泄漏到大地，达到零电位。对于电阻在108[Ω]以下导体上产生的静电可适用于上述方法。由于电阻在108[Ω]以上绝缘体的接地容易引发火花放电，引起易燃易爆液体或气体发生事故，因此接地方法不适用于绝缘体上的静电消除。
（2）搭接（或跨接）。将两个以上独立的金属导体采用电气连接方式，消除导体间电位差，也就是使各个导体间处于相同的电位，彻底根除静电源。
（3）屏蔽。将易产生静电部位的带电物体表面用金属线或金属屏蔽网等进行包覆并接地，可大大降低静电危害，同时还可防止静电对电子设施的干扰。
（4）采用喷涂抗静电剂方法对某些几乎不能泄漏静电的绝缘体用以增大电导率，使静电易于泄漏。
（5）高温干燥场所采用喷雾、洒水等方法，提高环境相对湿度，可以抑制静电的产生，解决生产过程中的静电问题。
作者简介
李瑾，沈阳计量测试院高级工程师，从事电学计量工作20余年，曾发表《泄漏电流测试与耐压测试》、《耐压测试中的误判与分析》、《LCR测试仪测量参数的设定》等多篇技术论文，参与了《局部放电测量仪校准规范》和《高压标准电容器校准规范》2篇省级技术标准的制定，参与研发的“互感器负载箱变频检定装置”项目获沈阳市科技进步二等奖，国家发明专利和实用新型专利。
【关键词】 静电 静电测试 静电防护
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.03.008
随着微电子技术的飞速发展，电子设备中广泛使用各种低电压供电的集成电路芯片与器件，由静电放电产生的冲击电流很容易引起这些芯片与器件损坏。静电放电的危害轻则使设备工作异常，严重时可导致设备系统瘫痪，因此对静电放电进行深入研究非常必要。
静电是电荷积累产生的一种现象，即一种处于静止状态的电荷。静电研究主要包含以下内容：静电的产生以及静电放电的机理，为消除静电放电提供理论依据；静电对集成芯片与电子器件的破坏机理，可为提高集成芯片与电子器件的抗静电破坏能力提供有效措施；电子设备的静电放电测试技术，为电子设备的抗静电能力提供测试方法与测量数据；静电放电模拟器校准技术，可在实验室环境下模拟静电放电过程，进一步为静电放电测试提供技术保证。
静电研究是静电放电技术的基础，静电放电研究可以从静电源、静电测试、静电损坏机理以及静电防护等几方面入手，本文详细分析了静电测试与静电防护的原理和方法。
1 静电测试
1.1 静电放电测试
静电放电测试主要通过对静电电流、静电电压、静电放电辐射和静电脉冲波形等项目的定量测试，完成对静电参数和静电放电参数的分析与测量。
静电产生的来源可以是人体、仪器设备，或者是静电放电模拟器，静电放电模拟器是用可调静电电压的放电设备来模拟不同强度的静电放电，用于测量被测电子设备的抗静电放电能力的静电专用测试仪器。静电放电通常有高电压、大电流、高场强和窄脉冲等特点，针对以上特点，分别采用下列测试系统测量静电参数和静电放电参数：静电高压测试系统，由高压探头与静电高压表组成，用于测量被测电子设备的静电高压，以此测量静电源的电荷积累程度，通常采用较高输入阻抗（大于1G[Ω]）的高压探头和量程超过30kV的静电高压表；静电脉冲测量系统：由单次采样率大于10G/s的高采样率示波器和采样探头组成，测量静电脉冲上升时间和静电放电脉冲电流等参数，来评价静电脉冲电流对电路的冲击破坏程度；脉冲频谱测量系统：由测量频率范围大于18GHz的频谱仪和宽带天线组成，用于测量静电脉冲的频谱分量，通过对脉冲的能量分布分析，确定静电脉冲对被测设备和邻近电路的静电辐射影响。
1.2 抗静电放电测试
GB/T 17626.2-1998《静电放电抗扰度试验标准》规定了电气和电子设备遭受静电放电时的抗扰度要求和试验方法，规定了静电放电来自操作者对邻近物体在不同环境和安装条件下试验等级和试验程序，通常静电放电试验方法都参照这一标准，由静电放电模拟器和专用测试平台组成抗静电放电测试系统。专用测试平台由一定面积的导电金属板构成，对置于测试平台上的被测设备，用静电放电模拟器模拟不同强度的静电放电，测量被测设备的抗静电放电能力。
《静电放电抗扰度试验标准》中还介绍了直接放电、间接放电、接触放电、空气放电等定义，一般试验分4个等级，其中第四级规定接触放电8kV，对空气放电15kV，静电放电模拟器的储能电容150pF，放电电阻330[Ω]。为了满足不同类型产品与设备测试的需要，也可适当改变静电模拟器的电参数，如可采用提高放电电压的方法测试产品与设备的静电耐压能力，还可采用降低放电电阻值的方法，增大放电电流强度，测试产品与设备的承受大电流能力。
2 静电防护
静电大量积累极易引起火灾、爆炸、人身电击、电子仪器器件失效和损坏，对生产过程产生不良影响，应采取各种防范措施消除静电带来的危害。主要是通过抑制静电源、加速静电的泄漏、静电中和等手段消除静电带来的不利因素。
对物体的表面形状、带电历史、接触面积和压力、分离速度等可能产生静电的因素尽量予以排除，相互接触并带有静电的物体应尽量接近，物体间的接触面积和压力要尽量小，接触次数要少，温度要低，分离速度要小，接触状态的改变宜缓慢忌突变等。由于粉状固体、液体、气体在运输过程中摩擦会产生静电，因此要采取减少管道弯曲，增大管道直径、限制流速、避免剧烈振动等措施来抑制静电的产生。
采用表面具有一定电阻的材料做静电防护材料，可以防止或减轻由于电荷积累产生的静电放电，此时静电防护的重要参数就是材料的表面电阻，应用相应的测量头，可以用表面电阻表测量表面电阻。为检测静电防护材料的耐高压能力，也可在材料上施加高电压，检验材料的物理性能是否发生改变。
在电子仪器及设备上主要采用以下静电防护措施：
（1）接地。即将电子仪器及设备上的金属导体或外壳与大地（接地装置）进行电气连接，可将设备产生的静电电荷通过导体泄漏到大地，达到零电位。对于电阻在108[Ω]以下导体上产生的静电可适用于上述方法。由于电阻在108[Ω]以上绝缘体的接地容易引发火花放电，引起易燃易爆液体或气体发生事故，因此接地方法不适用于绝缘体上的静电消除。
（2）搭接（或跨接）。将两个以上独立的金属导体采用电气连接方式，消除导体间电位差，也就是使各个导体间处于相同的电位，彻底根除静电源。
（3）屏蔽。将易产生静电部位的带电物体表面用金属线或金属屏蔽网等进行包覆并接地，可大大降低静电危害，同时还可防止静电对电子设施的干扰。
（4）采用喷涂抗静电剂方法对某些几乎不能泄漏静电的绝缘体用以增大电导率，使静电易于泄漏。
（5）高温干燥场所采用喷雾、洒水等方法，提高环境相对湿度，可以抑制静电的产生，解决生产过程中的静电问题。
作者简介
李瑾，沈阳计量测试院高级工程师，从事电学计量工作20余年，曾发表《泄漏电流测试与耐压测试》、《耐压测试中的误判与分析》、《LCR测试仪测量参数的设定》等多篇技术论文，参与了《局部放电测量仪校准规范》和《高压标准电容器校准规范》2篇省级技术标准的制定，参与研发的“互感器负载箱变频检定装置”项目获沈阳市科技进步二等奖，国家发明专利和实用新型专利。