TDR测试过程中静电的危害及其预防

      通讯技术飞速发展，为了提高传输速率和传输距离，计算机和通讯产业正逐步转移到高速串行总线，在芯片-芯片、板卡-板卡与背板间实现高速互连。

　　这些高速串行总线的速率正从过去USB2.0、LVDS及FireWire1394的几百Mbps，提升到当前PCI-Express G1/G2、SATA G1/G2、XAUI/2XAUI、XFI的数Gbps，甚至达10Gbps，这意味着计算机与通讯业的PCB厂商对差分走线的阻抗控制要求将越来越高，依据PCB业界的测试标准IPC-TM-650手册要求阻抗测试采用TDR（TimeDomain Refl ectometry，时域反射测定法）技术，PCB制造商广泛采用美国Tektronix TDR测试仪器进行阻抗测试。但是该仪器的核心关键部件—信号发射-取样模块（Sample Moudle）对静电极其敏感，模块遭电击损坏只能返回厂家维修，维修周期需要一个月，维修费用3万元左右/次，故研究静电有效预防非常关键。

一、 静电基本概念及其作用

1.静电定义
   静电是指相对静止不动的电荷，当一个物体带有一定量净的正电荷或净的负电荷时，可以称其带有静电。静电通常用伏特（V）表示。
2.静电产生的原理
  （1）微观原因
   根据原子物理理论，电中性时物质处于电平衡状态。由于不同物质原子的接触产生电子的得失，使物质失去电平衡，产生静电现象。
  （2）宏观原因：a.物体间摩擦生热，激发电子转移；
                       b.物体间的接触和分离产生电子转移；
                       c.摩擦和电磁感应的综合效应；
                       d.电磁感应造成物体表面电荷的不平衡分布；
3.静电的特点：
  （1）静电释放：就是积聚电荷留向大地或者正负离子的中和过程。
         a.电击：静电破坏性释放，如电击感、电击穿；
         b.**释放，采取防护的科学措施，如避雷针、防静电材料、接地装置。
  （2）静电具有高电压、低电量、小电流的特点。静电是一种相对的称谓，因为在许多情况下，静电经过一段时间后会慢慢减少。这段时间的长度与物体的电阻有关。电阻越大，静电越不易耗散。
4.静电在工业生产中造成的危害
（1）静电放电（ESD）造成的危害
      a.高压静电放电造成电击，危及人身**；
      b.引起电子设备的故障或误动作，造成电磁干扰；
      c.在多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所极易引起爆炸和火灾。
（2）静电吸引力（ESA）造成的危害
      a.塑胶喷涂：塑胶产品静电高，易吸附灰尘，喷涂后影响工件的美观和品质；
      b.胶片和塑料工业：使胶片或薄膜收卷不齐；胶片、CD塑盘沾染灰尘，影响品质；
      c.纺织工业：造成根丝飘动、缠花断头、纱线纠结等危害。
5.预防静电的方法
（1）静电防护的基本原则：a.消除已经产生的静电荷；b.抑制静电荷的积聚。
（2）消除静电的基本措施：①用静电消除器。静电消除器上产生大量的正负离子，然后通过风把这些离子吹到有静电的地方，静电就会吸引相反极性的离子而中和掉，聚积在产品或设备表面上的静电因此得以中和而消除；②接地；③静电屏蔽。*通常的方法是用静电屏蔽袋和防静电周转箱作为保护，静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中，用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响；④使用静电消除剂。可用静电消除剂檫洗仪器和物体表面，能迅速消除物体表面的静电。防静电剂以油脂为原料，主要成分为季胺盐，它的作用是使化纤、橡胶、塑料等物体的表面吸附空气中的水分，增加导电率。
（3）控制环境湿度：当空气的相对湿度在65%~70%以上时，物体表面往往会形成一层极微薄的水膜。水膜能溶解空气中的CO2，使表面电阻率大大降低，静电荷就不易积聚。如果周围空气的相对湿度降至40%~50%时，静电不易逸散，就有可能形成高电位。

二、TDR仪器测试过程分析
 1.概念：在传输线（如PCB走线）上输入一个阶跃讯号，当电讯号到达某个位置时，该位置上的电压产生变化，传输线在此位置上对地电流回路产生阻抗。当传输在线出现阻抗不连续的现象时，在阻抗变化之处的阶跃讯号就会产生反射现象，对反射讯号进行取样并显示在示波器屏幕上。
2.静电对取样头的损害分析

 （1）一般静电可区分成4等级（表1），各等级会有不同的静电防范要求。

表 1一般静电区分表

 （2）电子敏感组件对静电的忍耐程度（表2）

　表2电子敏感组件对静电的忍耐程度

 （3） 静电对μm组件单位面积的功率计算

 

       ①个人体的电容160 pf为例，按其储存约15 000 V的静电计算，当它对一个0.1 μm₂接口（Junction）组件放电时，组件接受的功率为式
                               

　　②在 0.1μm²（1×10^-7）接口（junction）组件上，单位面积承受的功率为式（2）。

3.TDR模块静电损坏的特点

　　（1）完好状态波形；（2）损坏后波形；（3）受损模块将会造成5 Ω的测量误差。

三、结论
 　　经过系统的分析和预防措施的实施，静电损坏取样模块的事故有明显的减少，规范人员正确操作防护措施和正确操作使用仪器，TDR仪器静电**威胁还是可以避免的。