静电防护测量仪器综述_刘民

第25卷 第11期 电子测量与仪器学报 Vol. 25 No. 11

2011年11月

JOURNAL OF ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT

· 925 ·

本文于2011年8月收到。

DOI: 10.3724/SP.J.1187.2011.00925

静电防护测量仪器综述

刘 民 冯文武 袁亚飞

(北京东方计量测试研究所, 北京 100086)

摘 要: 静电防护测量仪器是依据静电防护标准中的技术指标要求设计的。本文分析了静电防护被测对象的技术要求和特点, 以及它们所依据的技术标准, 总结归纳了静电防护领域常用的测量仪器, 按照被测参量分为: 电阻、静电电压、静电电荷量以及静电放电屏蔽等测量仪器, 列举了典型仪器的测量原理、特点, 以及各类仪器的发展趋势。

关键词: 静电防护; 测量仪器; 表面电阻; 静电电荷; 非接触式静电电压表; 静电放电屏蔽; 静电放电感应能量 中图分类号: TN98 文献标识码: A 国家标准学科分类代码: 510.10

Review of measurement instruments for ESD protection

Liu Min Feng Wenwu Yuan Yafei

(Beijing Orient Institute of Measurement and Test, Beijing 100086, China)

Abstract: The measurement instruments for ESD protection are designed according to the specification require-ments in many ESD standards. In this paper, the characteristic and technical requirement of the object under test were

analyzed, and the technical standards that the object according to was also analyzed, and the general measurement instru-ments used in the field of ESD protection was summarized. Sorting by the parameter under test, these instruments can be separated into few kinds such as resistance, static voltage, static charge and ESD shield. The typical measurement princi-ple, characteristic and development of these instruments are given.

Keywords: ESD protection; measurement instrument; surface resistor; static charge; non-contact static voltage meter; ESD shield; ESD shield faradic energy

1 引 言

静电放电损伤电子元器件, 造成电子产品立即失效和潜在失效; 静电场吸附尘埃, 对洁净度要求高的行业, 如生物、制药、微电子、光学、航天等行业危害极大; 静电放电产生宽频带的电磁干扰, 影响无线电通信和信号传输; 静电放电引燃易燃易爆气体, 在石油、化工、粉体工业等行业, 由静电放电引起的爆炸事故, 屡见不鲜[1]

。

关于静电的研究, 有许多方向: 静电防护技术、EMC 中的静电抗扰度测量、电子产品静电防护设计、电子元器件的静电敏感度测试、防静电材料研究、以及静电放电能量、静电产生机理研究等。在众多研究方向中, 静电防护涉及领域最广泛, 是电子产品制造、运输、维修各个环节中必不可少的工作, 也是石油、化工、生物、制药、精密光学行

业涉及安全和质量的关键要素。静电防护包含“防止有害静电场”和“控制静电放电”两个方面内容, 在国内技术标准中多称为“防静电”, 国外技术标准多见“ESD 静电放电”, 这里统称为静电防护。本文总结归纳了静电防护领域常用的测量仪器, 分析了电阻、静电电压、静电电荷量以及静电放电屏蔽等参数的仪器的测量原理、特点, 以及各类仪器的发展趋势。

2 静电防护相关技术要求

静电防护测量仪器是依据静电防护技术标准中的指标要求设计的。对于静电现象可观测性和复现性较差, 受环境影响、材料影响较大, 所以至今此领域仍然缺少完善的理论体系。关于静电产生机理有的文献详述了量子理论中关于原子外围电子

·926 ·电子测量与仪器学报第25卷

能级和逸出功的计算[2], 认为接触分离过程中电子扩散受逸出功的影响分布不均造成了电荷积累, 这些理论仍然缺少试验基础。目前人们对金属-金属、金属半导体的接触分离起电机理的研究结果已经达到实用化水平, 然而对于高分子聚合物材料的起电机理研究尚在不断完善之中。静电防护工程学主要研究静电起电原理、静电放电模型、静电作用机理、静电危害及防护等方面[3]。

在工程应用中, 静电防护材料、用品以及静电防护工程已经出现成熟的产业, 广泛应用在电子、石油、化工等领域, 这其中静电防护技术标准发挥了关键作用, 通过研究这些标准中可以发现, 静电防护的方法可以归纳为4种: 屏蔽法、泄放法、中和法和抑制起电法[4]。定量性的、可测量的参数可分为以下几类。

电阻参数: 包括体电阻率、表面电阻率、表面电阻、静电接地电阻、静电泄放电阻等;

静电电压参数: 包括静电电压、静电场强、人体动态电压、电荷衰变分析的门限电压和残余电压等;

静电电荷量参数: 包括服装摩擦后的带电量, 离子风机的静电电荷衰变时间等;

静电放电屏蔽参数: 防静电屏蔽包装袋的内部感应能量和感应电压等。

以上各参数在静电防护中的技术要求、典型仪器、被测对象, 见表1。

3电阻参数测量仪器

静电防护材料和防静电地面、桌面、防静电服装的检测均采用电阻参数测量仪器, 由于材料电阻特性稳定, 复现性较好, 大部分静电防护标准以电阻参数作为技术指标。此类测量仪器分为以下几种。

3.1表面电阻率和体电阻率测试仪器

虽然非导电材料具有较大的电压系数, 不符合欧姆定律[5], 但是在静电防护技术标准中, 规定了测量电压, 比如10 V、100 V、1000 V等, 在此情况下可以认为表面电阻率和体电阻率是材料的固有特性。测量原理采用完善的屏蔽措施, 消除了体电阻、表面电阻的相互的影响。如图1所示。当测量表面电阻时, 试样底部的盘状电极是屏蔽电极; 当测量体电阻时, 试样上面的环状电极是屏蔽电极。当电极尺寸D1、D2、d已知, 测量电压U, 电流I s、I V后, 可以计算试样的表面电阻率σs和体电阻率ρV。表面电阻率单位为Ω, 表面电阻率是材料的固有特性, 为了区别电阻单位, 读数一般用Ωsqrt或Ω/□(称为欧姆方)作单位。体电阻率单位为??m。

表1静电防护的技术规范

Table 1 Specification of ESD protection

分类测量参数典型仪器静电防护技术要求被测对象体电阻率/表面电阻率412

103~1011?/□

防静电材料样品

表面电阻ACL800

Trek115

3M701 103~1012?EPA地面、桌面、椅子、手推车、运

输、包装等

静电接地电阻手持数字表0~100?静电接地线与搭接

电阻

静电泄放电阻防静电人体综合测试仪105~1011?手腕带、防静电鞋、服装等

静电电压

3M709

FMX-002

ACL300B

EST101

?100~100V

?1000~1000V

各类表面的静电电压非接触测量

人体动态电压测试仪?10~10kV;

带宽: 大于20kHz

输入阻抗: 大于1012Ω记录人体运动中的电压峰值和瞬时值

静电电压

静电电场3M711 2000V/2.54mm EPA绝缘物静电场

电荷量法拉第筒服装摩擦后的带电量静电电荷量

离子风机的静电电荷衰变时间EA-3

268A 0.1~20s

?5~5kV

离子风机、静电消除器

感应能量 ANSI/ESD

STM11.31—2006推

荐的测试系统防静电屏蔽包装袋

静电放电屏蔽

感应电压ACL-500

ETS-431

10~1 000V 防静电屏蔽包装袋

第11期

静电防护测量仪器综述 · 927 ·

2121

d ln 2π2πD s S s D s D U l R I l D σσ=

==∫ 经变换可得: 21

2πln s s U

I D σ=

21πV V V D U

R I d

ρ== 经变换可得: 21πV V d U

I D ρ=

图1 测量表面电阻率和体电阻率示意

Fig. 1 Schematic diagram of measurement method for surface resistivity and volume resistivity

有一种简易的测量表面电阻的仪器, 如图2所示。能测量两个轨道电极之间的表面电阻, 因为没有屏蔽电极, 所测读数不是表面电阻率, 而是混合表面电阻率和体电阻率共同作用的表面电阻, 对于体电阻率较大的绝缘材料, 在平行轨道电极成正方形(L 1=L 2)时, 其读数近似为表面电阻率,

12s s L

R L σ=。对于体电阻率较小的材料, 若读数用

Ωsqrt 或Ω/□作单位是不正确的。该仪表用的LED 灯显示读数: 103, 104, 105, 3×105, 106, …, 3×1010, 1011, 1012, 相邻的LED 灯的分界电阻值在对数坐标的几何平分点上:

lg()lg()

lg()2

A B m R R R +=

式中: R m —— 分界电阻值,

一般为×10n

,

×

10n

,

×10n ;

R A ——与B 相邻的LED 灯表示的电阻值; R B ——与A 相邻的LED 灯表示的电阻值。 10n 与3×10n 对数坐标几何平分点是1.732×10n , 10n 与10n +1对数坐标几何平分点是 3.162×10n , 3×10n 与10n +1对数坐标几何平分点是5.477×10n 。

图2 简易表面电阻(率)测试原理

Fig. 2 Principle for surface resistor (resistivity)

measurement

3.2 表面电阻测量仪器

主要用于测量防静电地面、桌面、椅子、运输和包装材料等的表面电阻, 有“点对地”和“点对点”两种测量方法, 被测电阻包含了被测物的表面电阻和体电阻, 以及所有可能的通路上各种材料的混合电阻, 统称为“静电泄漏电阻”, 静电防护要求[6]: 静电泄漏电阻, 100 V 下的阻值在106~109 Ω。

此类仪器一般有两个特制的表面接触电极, 单

只电极重量约2.3 kg(5磅), 接触面直径50~60 cm, 采用导电橡胶材料, 在重力作用下, 能与被测表面较好接触, 导电橡胶两面之间的电阻一般小于100 ?, 如果接触过油污或有机溶剂, 接触电阻会增加, 影响测量效果。

由于测量电压有特殊规定(100 V 、10 V), 该类测量仪的不同于绝缘电阻表(250 V 、500 V)。但是它们测量高值电阻的原理基本相同, 有恒压测电流法、恒流测电压法、电桥法、电容器充电测量时间常数法等。其中恒压测量电流法原理如图3所示。输出电阻R s 起保护作用, 防止100 V 电压通过表面电极伤害人员, 防止电极短路破坏测量电路。

0s x f s U

R R R U =?

3.3 静电接地电阻测量仪

国际标准对静电接地电阻的定义比较特别, 以等电位为静电接地目的, 并不强制要求与大地等电位, 可以自成系统的等电位。有交流供电设备

时, 静电接地参考点定义在供配电系统的中线(Neutral)与保护地线(PE)的联结点上, 一般是主配

·928 ·电子测量与仪器学报第25卷

图3 恒压法高阻测量原理

Fig. 3 High value resistance measurement method with

constant voltage

电柜的地线排。有三个技术要求[7]: 1)从交流电源插座的PE插孔到静电接地参考点(即主配电柜地线与中性线联结点)的交流阻抗小于1?(DC~400 Hz)。使用专门检测电源插座的测量仪器来测量交流阻抗, 并可以检查插座的相线L、零线N和地线PE 的位置是否正确。该仪器能从电源插座上测量; 2)辅助接地系统(不以安全为目的其他自定义的接地系统)与电源接地之间电阻小于25 ?(DC); 3)以一个公共连接点作为静电接地点, 所用防静电表面到公共连接点的电阻小于109 ?。桌面上的腕带接地点以及其他防静电设施接地点到静电接地点之间的电阻小于1 ?(DC), 后两项要求采用通用电阻表, 数字多用表测量即可。

3.4人体防静电综合测量仪

针对防静电腕带、防静电鞋和防静电服在工作现场实际穿着情况, 一些标准提出了技术要求[8]: 防静电腕带在正确佩戴情况下, 仅通过腕带, 人体对接地点的电阻应在7.5×105~3.5×107 ?;

防静电鞋或脚跟带在正确穿着情况下, 仅通过防静电鞋或脚跟带, 人体对鞋底面的静电泄漏电阻应在7.5×105~1.0×109 ?;

防静电服在正常穿戴好以后, 人体与防静电服表面任意点之间电阻在7.5×105~1.0×1010 ?(该条要求适用于电子行业)。

人体防静电综合测试仪的被测对象是人体与防静电用品之间的电阻, 一个电极与人体手指接触; 另一个电极接腕带的插头、或防静电鞋的地面、或防静电服的外表面。用三个LED灯显示测量结果, 左边红色灯“Lo”表示电阻低于指标下限; 中间绿色灯“ok”表示满足要求; 右边黄色灯“Hi”表示电阻高于指标上限。测量原理采用电桥法, 测量电压9~100 V。见图4。

图4 人体防静电综合测量原理Fig. 4 Measurement method of human ESD protect 4静电电压参数测量仪器

4.1非接触式静电电压测量仪和静电电场测量仪

非接触式静电电压测量仪和静电电场测量仪测量原理基本相同, 均假设观测点处的电场为平行电场, 通过近场感应的方法来测量感应电荷的变化量。所不同的是, 前者的读数与被测表面到观测点的测量距离直接相关, 而后者可以直接读出观测点的电场强度, 与测量距离不相关。下面介绍的转子伏特计就是典型的电场测量原理。

静电电压测量仪是研究静电现象和检测防静电效果的常用仪表, 测量范围大, 有接触式和非接触式两种类型。接触式静电电压测量仪一般用于测量导体或等电位体上的对地电压, 其输入阻抗很大(>1015Ω), 较少释放被测物体的电荷, 传统称为静电计。然而, 对于绝缘物体和孤立导体表面, 只能采用非接触式静电电压测量仪。

在非接触情况下, 被测表面的电压是以无穷远或大地为参考电位的。利用电场感应原理, 静电电压可以溯源到直流高电压标准[9]。非接触式静电电压表一般由静电电压传感器、距离指示器、测量单元、调零单元和显示器组成, 有些表有接地端子, 见图5。最常见的静电电压传感器有感应电容式、转子伏特计式和振动电容式等。按距离指示方式可分为: 带有距离定位指示器的和不带距离定位指示器两种。按显示方式可分为: 数字显示式和指针式两种。

图5 非接触式静电电压表结构Fig. 5 Block diagram of structure of non-contact

static voltmeter

第11期 静电防护测量仪器综述 · 929 ·

1)感应电容式原理

通过近场感应的方法使电容上的电荷量发生变化, 利用电容感应带电来获得被测电场的数值。如图6所示, 测量分为调零和取样2个步骤。在调零步骤中, 开关S1 闭合使C 2短接放电, 调零时, C 1处在无电场或参考电场中, 高输入阻抗电荷放大器A 1的输出电压为U 1, 调节调零电位器R 1, 使差分放大器A 2输出为零。在取样步骤中, S1打开, C 1在被测电场中感应带电, C 2也被充电产生电压, A 1输出电压U 2, A 2输出电压?U =U 2?U 1。根据电荷守恒定律, 电容C 1在被测电场中感应的电荷Q 1等于电容C 2在取样过程中的电荷变化, 也即电压变化Q 1=C 2?U 。所以, 被测电位V X 有:

11X Q V Ed C ==, 221

X C C

V U d U C S ε=Δ=Δ

2

21

1C C E U U d C S ε=

Δ=Δ

图6 感应电容式非接触静电电压测量原理

Fig. 6 Principle of non-contact voltage measurement

with inducting capacitor

利用该原理设计的非接触式静电电压表结构简单, 但是漂移较大, 需要经常调零, 测电场强度时, 可以直接读数, 测量电压必须固定测试距离。实际电场受边缘效应影响, 并非理想的平行电场, 因此, 测量距离增大时, 测量准确度不高。

2) 转子伏特计原理[10]

使电容作周期性变化, 在恒定电场中电容器上将有周期性电流i c :

d d()d d d d c q CU C i U t t t

===

平均电流为:

max

min

/2/2/2/2max min max min 11d d d d d ()()

T T C c

T T C C U I i t U t C T T t T U

I C C Uf C C T

??=

===?=?∫∫∫

式中: T 为电容变化周期, f 为变化频率; U 为电容

器两极间的电压, 一个电极接地时, U 是另一极的

电压; C max 、C min 为电容器一个周期内的最大值和最小值。

用旋转叶片周期地遮断电容器两电极之间电力线获得变化电容, 如图7所示。电容器的两极板由高压电极1和低压接收电极2组成。2是固定扇形, 恒速电机5转动扇形旋转叶片3, 当2被完全挡住时, 1~2之间的电容最小为C min ; 当3旋转叶片(180°/n )度, n 为叶片数, 1~2之间的电容最大为C max 。1~2之间的电容作周期匀速变化。在2和地之间接入电流表测量平均值。每转一周, 电容变化n 次, 设1与2的距离为d , 1的电压U 1~2为恒定时, 将C max ?C min =ε?S/d 代入得:

12max min 1d

U TI TI C C S ε?=

=?Δ平均平均

1~21

U E TI d

S ε=

=Δ平均

图7 转子伏特计式非接触静电电压测量原理 Fig. 7 Principle of non-contact voltage measure-ment with rotor-voltage-meter

该原理的优点是不用反复调零点, 测量电场时直接读数, 非常适合电场强度测量, 也有称其为“场磨仪”的广泛用于大气电场监测。但是测量电压时必须固定测量距离。

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3) 振动电容测量原理

原理同上, 变化的电容器可测量电场强度, 把电容极板的间距作为变化量, 电容器的一个极板装在振动器件上。如图8所示, 被测表面A, 与振动极板B 构成电容C AB , 屏蔽外壳消除边缘效应。B 贴在一个振动膜上与振动线圈联动, 好像是一个扬声器的纸膜。当B 上下周期振动时, 电容C AB 也周期变化。B 上的电荷在电场E 的作用下, 来回充放电, 形成电流i , 运算放大器将电流i 转换成电压, 再经过隔直电容C Z , 通过二极管检波和低通滤波, 输出直流电压U O , 则:

O AB max min ()U I R U f C C R ==?平均

设电容C AB 的极板间距d 的变化量为±?d , 则: max min 11S S d C d d d d S S d C d d d d εεεεΔ?

?

=

≈

+??

?Δ??

Δ??

=≈???

+Δ??

进一步可得:

O AB 2

O AB O AB 222S d

U U f R

d d U d U SRf d

U d U

E d SRf d

εεεΔ==Δ==

Δ

图8 振子电容测量静电电压

Fig. 8 Principle of non-contact voltage measurement

with vibrant capacitor

不论测量电场强度还是测量电压, 都必须约定测量距离, 才能得到准确测量结果。

上面提到的两种可变电容测量方法, 都采用了接地参考零点, 有接地端子, 并且放大器采用交流耦合线路, 零点漂移大大减小, 稳定性较高。但现在的产品大部分做成手持便携型, 不用连接地线也可以进行测量。测量时如果不接地线, 则需要记录零点电位, 即将测量仪对准零电位表面、或无穷远处、

或处于静电电场极弱的环境中, 按一下调零按钮, 然后将测量仪对准被测物体表面, 进行测量读数。

现在, 振动电容原理的非接触式电压传感器模块已经成为定型产品, 众多品牌的静电电压表和静电电荷分析仪, 都用该模块作为测量探头。 4.2 静电衰变时间测试

中和法是静电防护经常采用的方法之一, 静电电荷消除器在电子产品生产中应用广泛[11], 一般用于消除绝缘体上的静电电荷。大多数静电电荷消除器是离子风机, 采用高压电离空气产生离子, 还有利用放射性金属元素钚210, 释放α粒子, 电离空气的静电电荷消除器。离子风机的技术指标用静电衰变时间和平衡电压来描述。静电衰变分析仪(也称为充电平板分析仪CPM)用于测量离子风机的技术指标[12]。图9所示为原理框图。该仪器由空气电容极板、高压充电电源、非接触式静电电压表、计时器、控制单元组成, 具有正、负静电电荷充电功能, 静电电压测量和计时测量等功能。国际标准中对平板电容的尺寸规定[13]: 平板面积S =15 cm× 15 cm, 平板间距D =1.875 cm, 包含支架、高压继电器引线在内, 极板之间总电容值为(20±2)pF 。一些简易的静电衰变分析仪, 在静电电压表基础上改装出来, 但是没有按标准尺寸规定配置平板。由于平板带电量不同, 在检测同一个离子风机时会出现不同的衰变时间读数。

图9 静电电荷分析仪原理

Fig. 9 Schematic diagram of charge plate monitor

图10是该仪器工作时序图, 平板电容的极板被高压发生器充电后, 高压继电器断开。用离子风吹平板电容的极板, 中和极板上的静电电荷, 使平板上的电荷减少, 电压下降, 当电压曲线向下越过上门限值A +(或A ?) 时, 计时器开始计时。当电压下降越过下门限正电压B +(或B ?), 时, 计时器停止计时, 此时, 计数器的读数电荷衰变时间Δt +(或Δt ?)。平衡后, 平板上的残余电压, 就是离子风机的平衡电压, 越接近零越好。

通常要求高压门限+/?1 000 V, 低压门限+/?100 V, 衰变时间应小于20 s 。

第11期静电防护测量仪器综述·931 ·

图10 静电电荷分析仪工作时序

Fig. 10 Time sequence of charge plate monitor

5静电电荷参数测量仪器

在静电防护应用中, 电荷量参数很少应用, 但是在振动力学传感器领域电荷放大器却广泛使用。静电防护中典型的静电电荷量测量仪器是法拉第筒[14], 在国标GB 12014—2009中, 规定使用法拉第筒测量防静电服装的摩擦起电量[15]。符合GB 12014 标准要求的防静电服, 仅适用于易燃易爆场所, 不适用于电子行业。法拉第筒的原理如图11所示。

图11 法拉第筒测量原理

Fig. 11 Principle of measuring static charge with

Faraday-cage

法拉第筒是金属内筒和外筒两层结构, 外筒作为屏蔽接地, 内筒与外筒绝缘, 大于1012 ?, 之间的电容为固定参数C, 当内筒有电荷量变化Q, 则电容的电压也相应变化U, 满足关系:

Q=CU

广泛应用在压电型振动传感器和加速度传感器上的电荷放大器, 如果具有测量直流电荷量功能, 且输入阻抗大, 也可用于测量法拉第筒的静电电荷量。

6静电放电屏蔽测量仪的原理和应用

防静电包装袋是静电防护关键用品, 在静电防护工作区(EPA)外运输、存储用的防静电包装袋要求具有静电放电屏蔽功能[16], 目前大多数电子产品使用的防静电包装袋是具有三层结构的屏蔽膜材料, 中间一层是金属镀膜。静电场屏蔽和静电放电屏蔽是不同的概念[17], 静电场屏蔽是指限制静电场的穿透作用, 静电放电屏蔽是指限制静电放电产生的电磁能量穿透作用。由于静电放电过程中电磁场快速变化, 有电磁能量通过近场耦合, 进入包装袋, 所以, 静电防护中的“静电放电感应能量”参数成为评价防静电屏蔽包装袋的主要技术指标, 标准ANSI/ESD STM11.31—2006推荐的测量装置中要求感应能量小于50 nJ。测量装置原理如图12所示。

图12 静电放电屏蔽感应能量测量原理Fig. 12 Measurement method of ESD shield faradic

energy

如图12所示, 采用人体静电放电模型HBM的静电放电模拟器, 通过包装袋外部的一对放电电极和地电极实施放电, 包装袋内部放置规定尺寸的电容探针, 近场耦合接受进入包装的放电能量, 测量部分采用阻值为500 ?的耐高压100 V低电感金属膜电阻作为负载, 用电流钳和示波器测量通过电阻的电流, 根据公式计算进入屏蔽包装袋的能量E。

2

1

n

i

i

E R t I

=

=××∑

式中: I i为示波器采样的瞬时电流值, A; t为示波器采样间隔时间, s; R为500 ?电阻校准值, ?。

有一种防静电包装袋的检测仪器, 使用“静电放电感应电压”参数作为技术指标[18], 如ACL- 500、ETS-431型等。GJB 2605—1996等效采用了美军标MIL-B-81705C, 该标准对材料静电屏蔽性

·932 ·电子测量与仪器学报第25卷

能进行了规定, 要求静电感应电压小于30 V。感应电压方法有一些缺点[19]: 1)从装置图13中可以看出, 该标准使用的ESD模拟器采用的是200 pF和400 k?(EIA-541 1988 的指标), 与通用标准人体模型(HBM, 100 pF和1.5 k?)不一致, 不便于相互比较。2)示波器要求测得的感应电压信号应为示波器两通道的差值即平板电容探头两探针的信号之差, 但波形衰减越快, 相应的两信号的差值(感应电压信号)会变小, 从而使测得的感应电压不易确定。3)该方法中人体模型静电放电脉冲的测量仅仅要求示波器的带宽为50 MHz, 不能满足测量材料随ESD脉冲频率变化(Hz~GHz)情况下的屏蔽效果。4)测量对示波器共模信号抗干扰度的要求高。

5)该方法对测得的ESD脉冲波形上升沿时间要求不够快, 对测量ESD脉冲波形频率要求不高, 对ESD脉冲波形的衰减时间要求不长。所以, 此类以静电感应电压为测量参数的仪器, 已经不适合新的标准, 属于淘汰之列。

图13 GJB 2605—1996静电屏蔽感应电压测试装置Fig. 13 Measurement method of ESD shield induction voltage introduced by GJB2605—1996

7静电防护仪器发展方向

静电防护测量仪器在防静电工程验收、防静电用品检测、静电防护日常检测中发挥关键作用, 产品数量、形式和功能在近几年飞速发展。在电子行业, 元器件尺寸的减小、集成度的提高、内部结构紧凑的设计、宽带和高频的设计、静电防护功能外延的设计、以及薄膜结构的广泛应用, 使电子元器件的静电敏感度变得越来越小; 还有, 新型高分子绝缘物电阻率的增高、自动化生产速度的提高, 使静电电荷积累越来越高。电子元器件受静电损伤概率越来越大[20,21]。静电防护技术标准仍在不断发展完善。

以电阻参数为技术指标的静电防护标准已经广泛应用, 由于材料的电阻率是固有特性, 相对稳定, 且便于测量, 电阻参数成为防静电材料工业、静电防护工程、静电防护管理体系共同使用的一类技术指标。表面电阻、表面电阻率、体电阻率的测量仪器在测量方法上没有太大变化, 但还可以在技术指标上继续提升, 如测量速度、准确度、范围等, 在测量电极的形状上还可以更加适合于被测物表面。此类仪器还可以把环境温度、湿度、气压测量功能集成于一体, 以待将来在“环境影响静电产生机理”的理论发展后, 产生新的技术要求时, 得到应用。

以静电电压参数为技术指标的静电防护标准较少, 由于静电电压不是物体表面固有特性, 不能人为控制, 所以在静电防护中应用静电电压表仅能用于检查静电防护效果, 发现静电电荷积累源, 研究静电起电现象等。但是该类仪表在静电防护检查中可以得出不符合技术要求结论, 因此必不可少。静电电压表或电场表在监测和预防电荷积累方面, 以及电荷分布成像研究方面, 有发展前途。还需要提高其测量准确度和定向性, 补偿测量距离影响因素。

静电衰变分析仪对于技术标准的依赖性很强, 一旦标准有更新, 该类仪器的型式也将变更, 如平板电容的尺寸、电容量这些参数将相应调整。离子风机有直流和交流两种, 交流离子风机还有高频和低频多种型式, 低频或直流离子风机对于尺寸小的集成电路芯片来说具有瞬时充电作用, 所以, 用于检测离子风机的技术要求也面临变更。静电电荷消散现象常见有“中和”和“泄放”, 静电衰变分析仪在研究静电消散现象方面将成为主要工具。

以静电电荷量参数为技术指标的静电防护标准很少, 由于静电电荷不稳定, 复现性不好, 在静电防护中, 除法拉第筒测量衣服和纺织物的摩擦带电量外, 没有更多发展, 倒是摩擦起电的试验设备还可以发展出多种型式。

静电放电屏蔽测量仪器有“感应电压”和“感应电能量”两种型式, 以感应电压为测量对象的技术

第11期静电防护测量仪器综述·933 ·

标准较早, 国际上新的标准是以静电放电感应能量(纳焦耳)为被测对象。在市场上还没有直接测量静电放电感应能量的测量仪器, 在此方向上将有更大发展空间。

市场上还可见到无线静电放电感应接收器产品, 能发现附近ESD现象, 由于没有技术标准支持, 产品用途仅限于发现和演示, 尚不属于测量仪器。

总之, 随着静电防护技术标准的不断更新, 测量仪器的类型、测量方法以及技术指标也在不断变化更新, 静电防护仪器有很广阔的发展创新的空间。

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stitute of Technology, 2003(8): 95-97. 作者简介:

刘民: 1969年出生, 研究员, 博士生导师, 电磁测量专业。主要研究方向为电磁测量与计量技术。iNarte 国际认证ESD工程师, 中国空间技术研究院静电防护管理体系认证中心高级审核员。

E-mail: run_low@https://www.360docs.net/doc/5b10331001.html,

Liu Min: male, born in 1969, professor and Ph.D. tutor of Academy of China Aerospace Science and Technology (CAST). His research interests include electromagnetic measurement and metrology. He is the certified electrostatic discharge engineer by International Association for Radio Telecommunications and Electromagnetics (iNarte). He is also the senior assessor of the ESD protection management system authentication and assess-ment centre of CAST.

安捷伦推出支持多类无线研发测量的创新信号分析仪功能

安捷伦科技公司(NYSE: A)日前宣布其 89600 VSA 软件现可支持多类无线研发测量, 同时分析多载波和多制式的信号, 从而为无线测试领域提供更高效的测试和更深入的信号分析。

如今无线研发和制造工程师通常需要分析多制式/多载波设备信号, 或同时查看上行链路和下行链路信号, 因此如果测试工具每次仅能分析一种信号则会导致测试效率低下。此外, 测试软件还需要能够提供被测设备内不同信号间的相关信息。

现在增强的 89600 VSA 软件能够同时执行多项测量任务, 经过优化的用户界面可帮助工程师轻松实现多种信号分析功能。软件的先进体系结构允许工程师同时配置多个测量, 并将测量都保存在存储器中, 因此用户能够迅速而有效地执行任一或全部测量。当单次采集无法捕获间隔太远的信号时, 工程师还可以不间断地执行测量, 测量结果会在屏幕上显示, 工程师借助轨迹重叠功能和用户定义的方程式能够进行深入比较。

安捷伦副总裁兼微波与通信事业部总经理 Guy Séné 表示: “无线领域客户的成功很大程度上取决于他们与快速演进的技术和标准保持同步的能力。89600 VSA 软件现可执行多类测量并支持多款安捷伦仪器, 将会成为业界最灵活的测量解决方案。该解决方案可让工程师轻松掌握复杂的无线设计。”

Agilent 89600 VSA 现在支持多类无线研发测量, 专为多标准无线技术(MSR)等测试情景而设计。通过结合最近推出的用于 X 系列信号分析仪的 MSR 测量应用软件, 安捷伦现可提供一系列测试解决方案, 支持 MSR 基站从研发到生产制造的整个生命周期。

Agilent 89600 VSA 软件是业界领先的用于研发的矢量信号分析解决方案。它拥有先进的通用和标准工具, 可进行信号频谱测量、调制和时域的表征。该软件可使工程师顺利完成对物理层信号问题的故障诊断。它能够兼容 30 多种安捷伦信号分析仪、示波器和逻辑分析仪, 并在运行 Microsoft Windows? 的 PC 或基于 PC 的仪器中运行。

有关安捷伦多类无线研发测量的更多信息, 请访问 https://www.360docs.net/doc/5b10331001.html,/find/89600_VSA_MM. 查看89600 VSA软件新特性的图片, 请访问 https://www.360docs.net/doc/5b10331001.html,/find/multi-measurement_89600_images.