本文主要举例分析某产品连接器使用塑料外壳导致空气放电测试不通过的现象、原因分析，解决措施，思考与启示。

 

1、现象描述:

 

如下图所示，某工业产品需要通过±8kV的ESD空气放电测试｡ 

 

该产品的连接器采用塑料外壳, 在连接器的位置需要进行空气放电｡ 

 

测试过程中发现塑料外壳的 连接器会出现空气放电现象, 并且产品出现错误现象, 导致测试失败｡

 

2、原因分析：

 

进行空气放电测试时, 放电电极的圆形放电头应尽可能快地接近并触及受试设备 (不要造成机械损伤)｡ 

 

每次放电之后, 应将静电放电发生器的放电电极从受试设备移开, 然后重新触发发生器, 进行新的单次放电, 这个程序应当重复至放电完成为止｡ 

 

对于空气放电测试来说, 其实质上是一个带电物体接近一个电位不相等的导体或接地导体时, 带电物体上的电荷会通过另一个导体或接地导体泄放, 这就是空气静电放电现象｡ 

 

当放电现象发生时, 由于静电放电波形具有很高的幅度和很短上升沿, 这样就会产生强度大､ 频谱宽的电磁场, 对被放电的电子设备､ 线路或器件造成电磁干扰｡ 

 

上升沿的长度取决于放电路径的电感｡ 下图所示的放电电流波形是人体放电时产生的波形： 

 

根据傅里叶变换, 上升沿为1ns的脉冲, 带宽达到300MHz左右｡其计算公式如下：

对于本案例中测试的产品来说, 当放电电极的圆形放电头很快接近并接触测试点 (连接器的塑料表面) 时：

 

如果接触点周边一定的空气击穿距离范围内 (如8kV时, 为6mm) 存在较低电位的导体或接地导体, 就会出现放电现象｡ 

 

研究测试中所用的连接器之后, 发现此连接器外塑料表面到其内部导体之间的距离小于3 mm, 如下图 所示：

随着放电现象的发生, 产生的干扰也随之对内部电路产生影响｡ 也许有些产品中发生此类的放电现象不一定使测试失败, 但是不得不说这是一种极大的风险｡

 

3、处理措施：

 

根据分析, 重选连接器, 使新选的连接器表面到内部导体之间的距离在6mm以上，测试通过。

 

4、思考与启示：

 

对于塑料外壳的产品或连接器件选型时也要注意, 塑料结构件表面缝隙到内部导体之间的空气距离是否足够来防止ESD击穿｡ 

 

任何空气空间的存在可以使ESD向电子设备的内部金属导体或电路产生ESD电弧｡ 

 

要利用距离保护内部电路, 以下几种方式可以帮助建立一 个击穿电压大于测试电压的抗ESD环境｡

 

(1) 确保电子设备与下列各项之间的路径长度超过一定的距离, 如8kV空气静电放电, 要求有6mm以上的距离：

 

包括接缝､ 通风口和安装孔在内任何用户能够接触到的点 (在电压一定的情况下, 电弧通过介质的表面比通过空气传播得更远)｡

 

类似于爬电距离和电气间隙的关系，如下图所示：

 

 

 

 任何用户可以接触到的未接地金属, 如紧固件､ 开关､ 操纵杆和指示器｡

 

(2) 将电子设备装在机箱凹槽或槽口处来增加接缝处的路径长度｡ 

 

(3) 在机箱内用聚酯薄膜带来覆盖接缝及安装孔, 这样延伸了接缝/过孔的边缘, 增加了路径长度｡

 

(4) 用金属帽或屏蔽塑料防尘盖罩住未使用或很少使用的连接器｡ 

 

(5) 使用带塑料轴的开关和操纵杆, 将塑料手柄/套子放在上面来增加路径长度｡ 避免 使用带金属固定螺钉的手柄｡

 

(6) 将LED和其他指示器装在设备内孔里, 并用带子或盖子将它们盖起来, 从而延伸孔的边沿或使用导管来增加路径长度｡ 

 

(7) 延伸薄膜键盘边界使之超出金属线足够的距离 (如8kV空气静电放电需要6mm以上的距离)｡ 

 

(8) 将散热器靠近机箱接缝, 通风口或安装孔的金属部件上的边和拐角要做成圆弧形状, 以免出现尖端放电。

 

(9) 塑料机箱中, 靠近电子设备或不接地的金属紧固件不能突出在机箱中：

 

在触摸橡胶键盘上, 确保布线紧凑并且延伸橡胶片以增加路径长度｡

 

 在薄膜键盘电路层周围涂上黏合剂或密封剂｡

 

 在机箱箱体接合处, 要使用耐高压硅树脂或垫圈实现密闭､ 防ESD､ 防水和防尘｡

 

以上减少ESD干扰的措施，基本都是通过增加爬电距离和电气间隙来实现的。

来源：电子工程师之家

关键词： 连接器