靜電屏蔽設(shè)計(jì)原理、靜電的干擾及其抑制措施

1 前言

屏蔽是解決電磁兼容問題的關(guān)鍵技術(shù)。電磁屏蔽的方法就是以金屬或者磁性材料來隔離電磁干擾由一個(gè)區(qū)域向另一個(gè)區(qū)域感應(yīng)或輻射傳播。一般分為兩種類型：一種是靜電屏蔽，主要是防止靜電場和恒定磁場的影響。另一種是電磁屏蔽，用于防止交變電場、交變磁場、交變電磁場的影響。本篇主要學(xué)習(xí)靜電屏蔽。

所謂靜電，就是一種處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷或者說不流動的電荷，流動的電荷就形成了電流。這句話中有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：（1）物體是如何起電的；（2）靜止的電荷和流動的電荷會對周圍產(chǎn)生什么干擾，又該如何抑制這種干擾。

2 物體是如何起電的

1. 摩擦起電

摩擦起電是一種特殊的接觸起電。實(shí)質(zhì)是電荷的轉(zhuǎn)移，兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r，因?yàn)椴煌矬w的原子核束縛核外電子的本領(lǐng)不同，所以其中必定有一個(gè)物體失去一些電子，另一個(gè)物體得到多余的電子。得到電子帶負(fù)電，失去電子帶正電。

2. 感應(yīng)起電

當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號電荷。這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。這種起電方式的對象是金屬導(dǎo)體，因?yàn)榻饘僭幼钔鈱拥膬r(jià)電子很容易掙脫原子核的束縛，而成為自由電子，而且濃度高。

3. 接觸 - 分離起電

這是最廣泛的靜電起電方式之一。是指兩種物體互相接觸（不發(fā)生摩擦），分開后所產(chǎn)生的靜電起電現(xiàn)象。當(dāng)兩種物體表面相互接觸時(shí)，其間距離非常小，由于不同原子得失電子的能力不同，不同原子外層電子的能級不同，存在著接觸電位差，在接觸與分離時(shí)就發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。

3 靜電的干擾及其抑制措施

1. 流動的電荷的干擾，我們可以理解為 ESD（全稱：Electro-static discharge），即靜電放電。是指具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移。在轉(zhuǎn)移的過程中，可形成高電壓，瞬時(shí)大電流，并伴有強(qiáng)電磁輻射，形成靜電放電電磁脈沖。所以在通常的 ESD 整改中，我們會用到屏蔽體。一方面，屏蔽體可以給瞬時(shí)大電流一個(gè)低阻的通路，防止大電流進(jìn)入電路中。另一方面，對電磁場進(jìn)行反射和吸收。筆者認(rèn)為，在 ESD 的測試中，前面一種的作用占主要。

2. 靜止的電荷會產(chǎn)生靜電場，靜電場的存在是感應(yīng)起電現(xiàn)象的原因。例如在帶正電荷的導(dǎo)體 A 附近有導(dǎo)體 B（不帶電），由感應(yīng)起電可知，B 將會帶電，那么 B 將會受到干擾。

如果用金屬屏蔽體將 A 包起來，此時(shí)屏蔽體的內(nèi)側(cè)就感應(yīng)出與 A 等量的負(fù)電荷，在外側(cè)出現(xiàn)等量的正電荷，這些外側(cè)的電荷又會產(chǎn)生靜電場，使感應(yīng)電場更為復(fù)雜，屏蔽體并沒有起到作用。所以金屬屏蔽體需要接地，使屏蔽體外側(cè)電場消失，B 就不會受到感應(yīng)干擾。這就是靜電屏蔽的原理。

4 結(jié)語

靜電屏蔽實(shí)際上就是解決靜電流和靜電場的干擾。它應(yīng)具有兩個(gè)基本要點(diǎn)，即完善的屏蔽體和良好的接地。如果屏蔽體不接地或者接地不良，靜電干擾就有可能比不加屏蔽時(shí)更嚴(yán)重。屏蔽體應(yīng)該有很好的導(dǎo)電率，這樣才有可能成為一個(gè)等位體。

審核編輯黃昊宇