TDR測(cè)試過(guò)程靜電危害及其預(yù)防

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　　文章簡(jiǎn)要介紹靜電產(chǎn)生原理及其危害，詳細(xì)分析TDR儀器主體結(jié)構(gòu)及測(cè)試過(guò)程靜電危害，針對(duì)靜電產(chǎn)生環(huán)節(jié)采取預(yù)防措施，并初步取得成效。

　　電子通訊技術(shù)飛速發(fā)展，為了提高傳輸速率和傳輸距離，計(jì)算機(jī)和通訊產(chǎn)業(yè)正逐步轉(zhuǎn)移到高速串行總線，在芯片-芯片、板卡-板卡與背板間實(shí)現(xiàn)高速互連。

　　這些高速串行總線的速率正從過(guò)去USB2.0、LVDS及FireWire1394的幾百M(fèi)bps，提升到當(dāng)前PCI-Express G1/G2、SATA G1/G2、XAUI/2XAUI、XFI的數(shù)Gbps，甚至達(dá)10Gbps，這意味著計(jì)算機(jī)與通訊業(yè)的PCB廠商對(duì)差分走線的阻抗控制要求將越來(lái)越高，依據(jù)PCB業(yè)界的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)IPC-TM-650手冊(cè)要求阻抗測(cè)試采用TDR(TimeDomain Refl ectometry，時(shí)域反射測(cè)定法)技術(shù)，PCB制造商廣泛采用美國(guó)Tektronix TDR測(cè)試儀器進(jìn)行阻抗測(cè)試。但是該儀器的核心關(guān)鍵部件—信號(hào)發(fā)射-取樣模塊(Sample Moudle)對(duì)靜電極其敏感，模塊遭電擊損壞只能返回廠家維修，維修周期需要一個(gè)月，維修費(fèi)用3萬(wàn)元左右/次，故研究靜電有效預(yù)防非常關(guān)鍵。

　　1 靜電基本概念及其作用

　　1.1 靜電定義

　　靜電是指相對(duì)靜止不動(dòng)的電荷，當(dāng)一個(gè)物體帶有一定量?jī)舻恼姾苫騼舻呢?fù)電荷時(shí)，可以稱(chēng)其帶有靜電。靜電通常用伏特(V)表示。

　　1.2 靜電產(chǎn)生的原理

　　1.2.1 微觀原因

　　根據(jù)原子物理理論，電中性時(shí)物質(zhì)處于電平衡狀態(tài)。由于不同物質(zhì)原子的接觸產(chǎn)生電子的得失，使物質(zhì)失去電平衡，產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。

　　1.2.2 宏觀原因

　　(1)物體間摩擦生熱，激發(fā)電子轉(zhuǎn)移;(2)物體間的接觸和分離產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移;(3)電磁感應(yīng)造成物體表面電荷的不平衡分布;(4)摩擦和電磁感應(yīng)的綜合效應(yīng)。

　　1.3 靜電特點(diǎn)

　　(1)靜電具有高電壓、低電量、小電流的特點(diǎn)。靜電是一種相對(duì)的稱(chēng)謂，因?yàn)樵谠S多情況下，靜電經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)慢慢減少。這段時(shí)間的長(zhǎng)度與物體的電阻有關(guān)。電阻越大，靜電越不易耗散。

　　(2)靜電釋放：就是積聚電荷留向大地或者正負(fù)離子的中和過(guò)程。

　　靜電的放電并不一定非要有接觸的動(dòng)作發(fā)生，足夠的靜電也可以以空間距離放電;靜電釋放過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)電流大小的作用分：

　　(1)安全釋放，采取防護(hù)的科學(xué)措施，如避雷針、防靜電材料、接地裝置;(2)電擊：靜電破壞性釋放，如電擊感、電擊穿。

　　1.4 日常工作中典型的靜電源(表1)

　　表1 日常工作中典型的靜電源

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　　1.5 靜電在工業(yè)生產(chǎn)中造成的危害

　　1.5.1 靜電放電(ESD)造成的危害

　　(1)引起電子設(shè)備的故障或誤動(dòng)作，造成電磁干擾。

　　(2)擊穿集成電路和精密的電子元件，或者促使元件老化，降低生產(chǎn)成品率。

　　(3)高壓靜電放電造成電擊，危及人身安全。

　　(4)在多易燃易爆品或粉塵、油霧的生產(chǎn)場(chǎng)所極易引起爆炸和火災(zāi)。

　　1.5.2 靜電吸引力(ESA)造成的危害：

　　(1)電子工業(yè)：吸附灰塵，造成集成電路和半導(dǎo)體元件的污染，大大降低成品率。

　　(2)膠片和塑料工業(yè)：使膠片或薄膜收卷不齊;膠片、CD塑盤(pán)沾染灰塵，影響品質(zhì)。

　　(3)造紙印刷工業(yè)：紙張收卷不齊，套印不準(zhǔn)，吸污嚴(yán)重，甚至紙張黏結(jié)，影響生產(chǎn)。

　　(4)紡織工業(yè)：造成根絲飄動(dòng)、纏花斷頭、紗線糾結(jié)等危害。

　　(5)塑膠噴涂：塑膠產(chǎn)品靜電高，易吸附灰塵，噴涂后影響工件的美觀和品質(zhì)。

　　1.6 預(yù)防靜電方法

　　1.6.1 靜電防護(hù)的基本原則

　　(1)抑制靜電荷的積聚;(2)消除已經(jīng)產(chǎn)生的靜電荷。

　　1.6.2 消除靜電的基本措施

　　消除靜電的措施，一般可歸結(jié)為一靠“地”;二靠“器”(靜電消除器);三靠“劑”(加抗靜電劑);四靠“屏蔽”。

　　(1)接地。

　　(2)用靜電消除器。靜電消除器上產(chǎn)生大量的正負(fù)離子，然后通過(guò)風(fēng)把這些離子吹到有靜電的地方，靜電就會(huì)吸引相反極性的離子而中和掉，聚積在產(chǎn)品或設(shè)備表面上的靜電因此得以中和而消除。

　　(3)使用靜電消除劑?？捎渺o電消除劑檫洗儀器和物體表面，能迅速消除物體表面的靜電。防靜電劑以油脂為原料，主要成分為季胺鹽，它的作用是使化纖、橡膠、塑料等物體的表面吸附空氣中的水分，增加導(dǎo)電率。

　　(4)靜電屏蔽。最通常的方法是用靜電屏蔽袋和防靜電周轉(zhuǎn)箱作為保護(hù)，靜電敏感元件在儲(chǔ)存或運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)暴露于有靜電的區(qū)域中，用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜電對(duì)電子元件的影響。

　　1.6.3 控制環(huán)境濕度

　　當(dāng)空氣的相對(duì)濕度在65%~70%以上時(shí)，物體表面往往會(huì)形成一層極微薄的水膜。水膜能溶解空氣中的CO2，使表面電阻率大大降低，靜電荷就不易積聚。如果周?chē)諝獾南鄬?duì)濕度降至40%~50%時(shí)，靜電不易逸散，就有可能形成高電位。