TDR測試過程中靜電的危害及其預防

      通訊技術飛速發(fā)展，為了提高傳輸速率和傳輸距離，計算機和通訊產業(yè)正逐步轉移到高速串行總線，在芯片-芯片、板卡-板卡與背板間實現高速互連。

　　這些高速串行總線的速率正從過去USB2.0、LVDS及FireWire1394的幾百Mbps，提升到當前PCI-Express G1/G2、SATA G1/G2、XAUI/2XAUI、XFI的數Gbps，甚至達10Gbps，這意味著計算機與通訊業(yè)的PCB廠商對差分走線的阻抗控制要求將越來越高，依據PCB業(yè)界的測試標準IPC-TM-650手冊要求阻抗測試采用TDR（TimeDomain Refl ectometry，時域反射測定法）技術，PCB制造商廣泛采用美國Tektronix TDR測試儀器進行阻抗測試。但是該儀器的核心關鍵部件—信號發(fā)射-取樣模塊（Sample Moudle）對靜電極其敏感，模塊遭電擊損壞只能返回廠家維修，維修周期需要一個月，維修費用3萬元左右/次，故研究靜電有效預防非常關鍵。

一、 靜電基本概念及其作用

1.靜電定義
   靜電是指相對靜止不動的電荷，當一個物體帶有一定量凈的正電荷或凈的負電荷時，可以稱其帶有靜電。靜電通常用伏特（V）表示。
2.靜電產生的原理
  （1）微觀原因
   根據原子物理理論，電中性時物質處于電平衡狀態(tài)。由于不同物質原子的接觸產生電子的得失，使物質失去電平衡，產生靜電現象。
  （2）宏觀原因：a.物體間摩擦生熱，激發(fā)電子轉移；
                       b.物體間的接觸和分離產生電子轉移；
                       c.摩擦和電磁感應的綜合效應；
                       d.電磁感應造成物體表面電荷的不平衡分布；
3.靜電的特點：
  （1）靜電釋放：就是積聚電荷留向大地或者正負離子的中和過程。
         a.電擊：靜電破壞性釋放，如電擊感、電擊穿；
         b.**釋放，采取防護的科學措施，如避雷針、防靜電材料、接地裝置。
  （2）靜電具有高電壓、低電量、小電流的特點。靜電是一種相對的稱謂，因為在許多情況下，靜電經過一段時間后會慢慢減少。這段時間的長度與物體的電阻有關。電阻越大，靜電越不易耗散。
4.靜電在工業(yè)生產中造成的危害
（1）靜電放電（ESD）造成的危害
      a.高壓靜電放電造成電擊，危及人身**；
      b.引起電子設備的故障或誤動作，造成電磁干擾；
      c.在多易燃易爆品或粉塵、油霧的生產場所極易引起爆炸和火災。
（2）靜電吸引力（ESA）造成的危害
      a.塑膠噴涂：塑膠產品靜電高，易吸附灰塵，噴涂后影響工件的美觀和品質；
      b.膠片和塑料工業(yè)：使膠片或薄膜收卷不齊；膠片、CD塑盤沾染灰塵，影響品質；
      c.紡織工業(yè)：造成根絲飄動、纏花斷頭、紗線糾結等危害。
5.預防靜電的方法
（1）靜電防護的基本原則：a.消除已經產生的靜電荷；b.抑制靜電荷的積聚。
（2）消除靜電的基本措施：①用靜電消除器。靜電消除器上產生大量的正負離子，然后通過風把這些離子吹到有靜電的地方，靜電就會吸引相反極性的離子而中和掉，聚積在產品或設備表面上的靜電因此得以中和而消除；②接地；③靜電屏蔽。*通常的方法是用靜電屏蔽袋和防靜電周轉箱作為保護，靜電敏感元件在儲存或運輸過程中會暴露于有靜電的區(qū)域中，用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜電對電子元件的影響；④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，增加導電率。
（3）控制環(huán)境濕度：當空氣的相對濕度在65%~70%以上時，物體表面往往會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。如果周圍空氣的相對濕度降至40%~50%時，靜電不易逸散，就有可能形成高電位。

二、TDR儀器測試過程分析
 1.概念：在傳輸線（如PCB走線）上輸入一個階躍訊號，當電訊號到達某個位置時，該位置上的電壓產生變化，傳輸線在此位置上對地電流回路產生阻抗。當傳輸在線出現阻抗不連續(xù)的現象時，在阻抗變化之處的階躍訊號就會產生反射現象，對反射訊號進行取樣并顯示在示波器屏幕上。
2.靜電對取樣頭的損害分析

 （1）一般靜電可區(qū)分成4等級（表1），各等級會有不同的靜電防范要求。

表 1一般靜電區(qū)分表

 （2）電子敏感組件對靜電的忍耐程度（表2）

　表2電子敏感組件對靜電的忍耐程度

 （3） 靜電對μm組件單位面積的功率計算

 

       ①個人體的電容160 pf為例，按其儲存約15 000 V的靜電計算，當它對一個0.1 μm₂接口（Junction）組件放電時，組件接受的功率為式
                               

　　②在 0.1μm²（1×10^-7）接口（junction）組件上，單位面積承受的功率為式（2）。

3.TDR模塊靜電損壞的特點

　?。?）完好狀態(tài)波形；（2）損壞后波形；（3）受損模塊將會造成5 Ω的測量誤差。

三、結論
 　　經過系統(tǒng)的分析和預防措施的實施，靜電損壞取樣模塊的事故有明顯的減少，規(guī)范人員正確操作防護措施和正確操作使用儀器，TDR儀器靜電**威脅還是可以避免的。