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本文主要舉例分析某產(chǎn)品連接器使用塑料外殼導(dǎo)致空氣放電測試不通過的現(xiàn)象、原因分析，解決措施，思考與啟示。

1、現(xiàn)象描述:

如下圖所示，某工業(yè)產(chǎn)品需要通過±8kV的ESD空氣放電測試? 

該產(chǎn)品的連接器采用塑料外殼, 在連接器的位置需要進(jìn)行空氣放電? 

測試過程中發(fā)現(xiàn)塑料外殼的 連接器會出現(xiàn)空氣放電現(xiàn)象, 并且產(chǎn)品出現(xiàn)錯誤現(xiàn)象, 導(dǎo)致測試失敗?

2、原因分析：

進(jìn)行空氣放電測試時, 放電電極的圓形放電頭應(yīng)盡可能快地接近并觸及受試設(shè)備 (不要造成機(jī)械損傷)? 

每次放電之后, 應(yīng)將靜電放電發(fā)生器的放電電極從受試設(shè)備移開, 然后重新觸發(fā)發(fā)生器, 進(jìn)行新的單次放電, 這個程序應(yīng)當(dāng)重復(fù)至放電完成為止? 

對于空氣放電測試來說, 其實(shí)質(zhì)上是一個帶電物體接近一個電位不相等的導(dǎo)體或接地導(dǎo)體時, 帶電物體上的電荷會通過另一個導(dǎo)體或接地導(dǎo)體泄放, 這就是空氣靜電放電現(xiàn)象? 

當(dāng)放電現(xiàn)象發(fā)生時, 由于靜電放電波形具有很高的幅度和很短上升沿, 這樣就會產(chǎn)生強(qiáng)度大? 頻譜寬的電磁場, 對被放電的電子設(shè)備? 線路或器件造成電磁干擾? 

上升沿的長度取決于放電路徑的電感? 下圖所示的放電電流波形是人體放電時產(chǎn)生的波形： 

根據(jù)傅里葉變換, 上升沿為1ns的脈沖, 帶寬達(dá)到300MHz左右?其計算公式如下：

對于本案例中測試的產(chǎn)品來說, 當(dāng)放電電極的圓形放電頭很快接近并接觸測試點(diǎn) (連接器的塑料表面) 時：

如果接觸點(diǎn)周邊一定的空氣擊穿距離范圍內(nèi) (如8kV時, 為6mm) 存在較低電位的導(dǎo)體或接地導(dǎo)體, 就會出現(xiàn)放電現(xiàn)象? 

研究測試中所用的連接器之后, 發(fā)現(xiàn)此連接器外塑料表面到其內(nèi)部導(dǎo)體之間的距離小于3 mm, 如下圖 所示：

隨著放電現(xiàn)象的發(fā)生, 產(chǎn)生的干擾也隨之對內(nèi)部電路產(chǎn)生影響? 也許有些產(chǎn)品中發(fā)生此類的放電現(xiàn)象不一定使測試失敗, 但是不得不說這是一種極大的風(fēng)險?

3、處理措施：

根據(jù)分析, 重選連接器, 使新選的連接器表面到內(nèi)部導(dǎo)體之間的距離在6mm以上，測試通過。

4、思考與啟示：

對于塑料外殼的產(chǎn)品或連接器件選型時也要注意, 塑料結(jié)構(gòu)件表面縫隙到內(nèi)部導(dǎo)體之間的空氣距離是否足夠來防止ESD擊穿? 

任何空氣空間的存在可以使ESD向電子設(shè)備的內(nèi)部金屬導(dǎo)體或電路產(chǎn)生ESD電弧? 

要利用距離保護(hù)內(nèi)部電路, 以下幾種方式可以幫助建立一 個擊穿電壓大于測試電壓的抗ESD環(huán)境?

(1) 確保電子設(shè)備與下列各項(xiàng)之間的路徑長度超過一定的距離, 如8kV空氣靜電放電, 要求有6mm以上的距離：

包括接縫? 通風(fēng)口和安裝孔在內(nèi)任何用戶能夠接觸到的點(diǎn) (在電壓一定的情況下, 電弧通過介質(zhì)的表面比通過空氣傳播得更遠(yuǎn))?

類似于爬電距離和電氣間隙的關(guān)系，如下圖所示：

 任何用戶可以接觸到的未接地金屬, 如緊固件? 開關(guān)? 操縱桿和指示器?

(2) 將電子設(shè)備裝在機(jī)箱凹槽或槽口處來增加接縫處的路徑長度? 

(3) 在機(jī)箱內(nèi)用聚酯薄膜帶來覆蓋接縫及安裝孔, 這樣延伸了接縫/過孔的邊緣, 增加了路徑長度?

(4) 用金屬帽或屏蔽塑料防塵蓋罩住未使用或很少使用的連接器? 

(5) 使用帶塑料軸的開關(guān)和操縱桿, 將塑料手柄/套子放在上面來增加路徑長度? 避免 使用帶金屬固定螺釘?shù)氖直?

(6) 將LED和其他指示器裝在設(shè)備內(nèi)孔里, 并用帶子或蓋子將它們蓋起來, 從而延伸孔的邊沿或使用導(dǎo)管來增加路徑長度? 

(7) 延伸薄膜鍵盤邊界使之超出金屬線足夠的距離 (如8kV空氣靜電放電需要6mm以上的距離)? 

(8) 將散熱器靠近機(jī)箱接縫, 通風(fēng)口或安裝孔的金屬部件上的邊和拐角要做成圓弧形狀, 以免出現(xiàn)尖端放電。

(9) 塑料機(jī)箱中, 靠近電子設(shè)備或不接地的金屬緊固件不能突出在機(jī)箱中：

在觸摸橡膠鍵盤上, 確保布線緊湊并且延伸橡膠片以增加路徑長度?

 在薄膜鍵盤電路層周圍涂上黏合劑或密封劑?

 在機(jī)箱箱體接合處, 要使用耐高壓硅樹脂或墊圈實(shí)現(xiàn)密閉? 防ESD? 防水和防塵?

以上減少ESD干擾的措施，基本都是通過增加爬電距離和電氣間隙來實(shí)現(xiàn)的。