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防静电包装袋静电测试原理解析
日期：2015-12-21|作者：标准集团 |人气：
一、目前的测试方法
目前，国内检测市场上有两种测试防静电屏蔽包装袋的方法:表面电阻测试方法和静电感应峰值电压测试方法。表面电阻测试方法是对防静电屏蔽包装袋内、外表面的电阻进行测试，国军标GJB2605－96《可热封柔韧性防静电阻隔材料规范》要求其内表面电阻率为1．0×105Ω～1．0×1012Ω，外表面电阻率为小于1．0×1012Ω。该方式只能测试防静电屏蔽包装袋内、外层表面电阻，而并非是针对防静电屏蔽包装袋屏蔽层的测试，故测试结果并不能反应防静电屏蔽包装袋的静电屏蔽方面的性能，测试结果与屏蔽性能测试要求存在差距。静电感应峰值电压测试根据GJB2605－96，其结构示意图。静电屏蔽感应峰值电压测试装置包括由200pF充电电容和400kΩ放电电阻组成的ESD模拟器、电极极板、电容探头、测量探头和示波器。测量探头应具有高的阻抗(不小于1×107Ω)和低的电容(不大于5pF)，电容探头是镶在一块绝缘材料上的厚1．5mm的金属板;试验装置是一个包括上部一块22mm～38mm的金属接触板和一块用以支撑被试样品与电容探头的适当尺寸的接地金属板。置电容探头于试验袋内，其中心约在试验袋开口端内侧50mm处，并将它们放置在试验装置的上下金属板之间，试验装置的夹具应设计成使得被试部分在足够的加紧力作用下得到充分的平行接触。试验电压1000V，使电容充电，然后利用转换开关经由电阻器通过被试材料放电，以测试的峰值电压不高于30V为合格标准。电极极板随着ESD模拟器放电电流产生一个变化的电场，电容探头感应放电电极与地电极之间静电放电过程中静电屏蔽包装袋内部的感应电压变化，该感应电压被测量探头检测并传输至示波器进行采集，根据示波器采集的电压波形得到该感应电压峰值。该静电感应电压测试装置中的测量探头测得的感应电压信号为示波器两通道之间的差值，即电容探头的两探头之间的信号之差。但随着波形衰减越快，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;而且该装置中的ESD模拟器静电放电脉冲的测试要求示波器的带宽为50MHz，并不能全面反映防静电屏蔽包装袋在静电放电ESD脉冲宽频带(1Hz～1GHz)情况下的屏蔽效果。因此，此测试方法有一定的局限性和不完整性。
二、感应能量法测试原理
国内在防静电屏蔽包装袋检测上就是使用的表面电阻测试方法和静电感应峰值电压测试方法。静电感应峰值电压值越低说明包装袋屏蔽性能越好。常用的静电屏蔽测试仪器有ACL－500、ETS－431型等，都是以测量到的感应峰值电压作为指标的。表面电阻测量方法通过测量材料的表面电阻值鉴定材料的优劣。常用的仪器有EST121等高阻计。为了全面准确地衡量防静电屏蔽包装袋的性能，根据美国标ANSI/ESDSTM11．31－2006提供一种新型防静电屏蔽包装袋测试方法研制的一种新型测试防静电屏蔽包装袋的装置，利用感应能量测试的方式能够准确测量并读取防静电屏蔽包装袋内的感应能量，并确定防静电屏蔽包装袋性能的优劣，且分辨力高。测试原理图（图略）。本测试装置包括ESD模拟器(100pF，1．5kΩ)、放电电极、地电极、8pF电容探针、500Ω低感电阻和电流探针。低感电阻与电容探针成上下两平行极板形成放电回路，即电容探针并联低感电阻，电流探针设置于放电回路中并与示波器相连。当ESD模拟器充电1kV，模拟实际静电放电时，电极极板随着ESD模拟器放电电流产生变化电场，防静电屏蔽包装袋内的电容探针感应到放电电极与地电极之间静电放电过程中防静电屏蔽包装袋内部的感应电压变化的过程。在此过程中，电容探针与低感电阻形成放电回路，低感电阻流过的电流变化过程被放置于放电回路中的电流探针检测并将其传输给示波器进行采集，并进一步利用能量计算式(1)将采集到的电流波形数据进行计算，得到电容探针感应的能量值（式略）。在电容探针与低感电阻形成的放电回路中，由于低感电阻的感抗值非常低，使得其电感部分的影响小，电感对感应电流的影响也非常小，可以忽略对测试结果的影响，低感电阻的电阻值接近理想。采用电流探针避免了现有的静电感应峰值电压测试中由于测量探头测量感应电压信号时存在的误差以及其局限性，也不存在静电电阻测试装置由于只能测试防静电屏蔽包装袋内外表面电阻而造成的测试结果存在缺陷的问题。由于有防静电屏蔽包装袋的屏蔽，大部分放电能量被屏蔽层屏蔽，只有很小一部分能量通过防静电屏蔽包装袋，被内部设置的电容探针感应到，并通过低感电阻进行能量释放。美国标ANSI/ESDS541－2003要求感应的能量小于50nJ为合格标准。根据式(2)得到总的放电能量为50μJ，因此，渗透到防静电屏蔽包装袋内部的能量大概占总能量的1/1000，也就是说，能够屏蔽掉999/1000的静电放电能量的包装袋是合格的防静电屏蔽包装袋。（图略）
三、结束语
采用感应能量的测量方法代替目前普遍采用的感应电压与测量表面电阻的方法，避免了感应电压测量方法与测量表面电阻方法的局限性，如:1)使用的ESD模拟器ESS－2002采用的是国内外通用标准人体模型(HBM，100pF电容和1．5kΩ电阻)，而感应电压测试方法使用的是200pF电容和400kΩ电阻(EIA－5411988规定)。2)使用的电流探针能够克服电压探针带来的干扰误差，电压探针测得的感应电压信号为示波器两通道之间的差值(即平板电容探头两探针的信号之差)，这种方式的两个电压探针会导致测量误差。3)感应电压方法中，人体模型静电放电脉冲的测量要求示波器的带宽为50MHz，不能全面反映测量材料在静电放电ESD脉冲宽频带(1Hz～1GHz)情况下的屏蔽效果。而此方法使用的是200MHz以上带宽和500MS/s以上采样率的示波器，测量范围得到了加强，加大了频率覆盖范围，提升了采样点，减小了测量误差。4)终能够伤害屏蔽袋内部器件是能量。因此，用测量渗透到袋内能量的大小来衡量屏蔽性能的优劣比较客观科学。
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