靜電對(duì)電子元器件和設(shè)備的損傷到底有多大

Winter is coming！靜電對(duì)電子元器件和設(shè)備的損傷在冬天更是不容忽視。生產(chǎn)線為什么會(huì)在防靜電措施投入這么大呢？就是因?yàn)楸混o電打怕了！那么在實(shí)驗(yàn)室我們?cè)撊绾伪苊忪o電對(duì)設(shè)備的損害呢？

一、靜電是如何產(chǎn)生的呢？

摩擦：任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后摩擦再進(jìn)行分離，即可產(chǎn)生靜電。

感應(yīng)：對(duì)于導(dǎo)電材料而言，由于電子能在導(dǎo)電材料表面自由流動(dòng)，若將其置于電場(chǎng)中，由于電荷同性相斥，異性相吸，正負(fù)電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生靜電。

傳導(dǎo)：同樣對(duì)于導(dǎo)電材料，因電子能在它的表面自由流動(dòng)，若與帶電物體進(jìn)行接觸，則發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生靜電。

圖1為人體靜電模型示意圖。電路中開關(guān)接A時(shí)，電壓源對(duì)電容充電，模擬人體積累靜電的過程；當(dāng)開關(guān)接到B時(shí)，存儲(chǔ)在電容上的電荷通過電阻（等效人體電阻）向設(shè)備放電，相當(dāng)于人體觸碰設(shè)備瞬間，放電的過程會(huì)在短短數(shù)百微秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一定大小的瞬間放電電流，進(jìn)而可能會(huì)將設(shè)備內(nèi)部的器件損壞。

圖1 人體靜電模型

二、為什么儀器這么容易被靜電擊穿呢？

儀器類產(chǎn)品通常需要滿足IEC61326-1標(biāo)準(zhǔn)的電磁兼容性要求，該標(biāo)準(zhǔn)中包含了靜電抗擾度試驗(yàn)，要求儀器類產(chǎn)品依據(jù)IEC61000-4-2，需滿足接觸放電4KV，空氣放電8KV的試驗(yàn)等級(jí)。

1、越高頻的儀器，靜電防護(hù)能力相對(duì)越弱

示波器是一個(gè)高阻設(shè)備，極易受到外界靜電感應(yīng)而產(chǎn)生靜電，但電荷在靜電較強(qiáng)的場(chǎng)合難于泄放，就容易出現(xiàn)靜電擊穿。由于靜電防護(hù)器件的寄生參數(shù)會(huì)影響高頻信號(hào)的測(cè)量，所以高頻儀器當(dāng)中無法集成過多的靜電防護(hù)器件，從而導(dǎo)致靜電防護(hù)能力下降。

因此越高頻的儀器越需要注意靜電防護(hù)。

2、錯(cuò)誤使用操作也會(huì)導(dǎo)致儀器被靜電損壞

對(duì)于示波器而言，一定要留意先接地后接信號(hào)。比如以下兩種操作都是非常危險(xiǎn)的，一定要盡量避免。

錯(cuò)誤操作1：在使用示波器測(cè)量電路板時(shí)，探針先接信號(hào)線，探頭地線后接地；

錯(cuò)誤操作2：用手直接觸摸探頭針，如圖2所示。

圖2 錯(cuò)誤操作

三、我們可以通過哪些措施來做靜電防護(hù)呢？

雖然儀器具備一定的防靜電能力，但如果環(huán)境靜電比標(biāo)準(zhǔn)要求更高時(shí)，儀器依然可能被靜電損壞，所以在使用儀器時(shí)的一些基本的靜電防護(hù)措施還是有必要了解的。

靜電防護(hù)主要遵循先釋放后操作的原則。

1、保持儀器接地良好

目的是將靜電泄放到大地。如果萬不得已需要浮地測(cè)量，一定要在具體操作之前先接地釋放靜電。

2、在測(cè)量之前對(duì)環(huán)境做靜電處理

條件允許的話，產(chǎn)線需要鋪防靜電地板、穿戴防靜電服、防靜電鞋等。對(duì)于高頻儀器的使用還要通過戴靜電手環(huán)將人身上的靜電直接泄放到大地，如圖3所示。

圖3 儀器常見的防靜電措施

如果條件不允許，我們有個(gè)比較方便的辦法，可以在接觸儀器之前，先用手摸一下接地良好的東西，最好每隔一段時(shí)間操作一次。

3、一定要先接地，后接信號(hào)。

被測(cè)設(shè)備也會(huì)有靜電（接觸電阻小，釋放電流可能更高），因此使用示波器測(cè)量電路板，必須先接探頭地線，再接探針到信號(hào)線；若先接探針到測(cè)試點(diǎn)，后接探頭地，則靜電將直接通過示波器信號(hào)回路釋放，有可能擊穿示波器內(nèi)部器件，這是非常重要的操作步驟。

在很多板卡的設(shè)計(jì)中也有類似應(yīng)用，如圖4所示的PCIE板卡，時(shí)鐘信號(hào)的金手指要明顯短于其它引腳，就是為了在插卡時(shí)讓地線先接觸進(jìn)行放電后，信號(hào)線后接觸就安全了。

圖4 板卡常見的防靜電措施

4、盡量不要觸碰裸露的接口

對(duì)于電子設(shè)備裸露的接口，一定不要用手摸，包括示波器探頭探針也是如此。

四、總結(jié)

操作者在使用儀器時(shí)，一定要有靜電防護(hù)意識(shí)，特別是干燥的冬天，這樣才可以盡量減少靜電放電對(duì)儀器的傷害。再強(qiáng)調(diào)一次：特別是在北方，特別是在冬天。