我不想笑,我既傷心、又惱火。就在幾分鐘之前,當我寫下這些話時,幾天之內我第二次被靜電放電(ESD)擊中。

維基百科(Wikipedia)是這樣解釋「靜電放電」的:

「靜電放電(ESD)是在兩個帶電物體之間由接觸、短路或電介質擊穿引起的突發電流。摩擦或靜電感應會引起靜電累積,當兩個具有不同靜電電位的物體靠近或當它們之間發生介電擊穿時,就會引起ESD,通常會產生看得見的火花。」

是的,這個我們都知道。下面我們繼續說ESD (加粗字體是我自己加上去的):

「ESD可以產生壯觀的電火花。閃電及打雷便是較大規模的ESD事件,還有一些ESD事件,看不見、聽不到,乍看不是那麼驚天動地,但仍足以對靈敏的電子設備造成損害。」

幾天前,當我經過辦公室外面的一個隔間,鬼使神差地,我發現我的BADASS (Bodacious Acoustic Diagnostic Astoundingly Superior Spectromatic)顯示器與牆面沒有100%平行,我回去輕輕將它對齊到正確位置。在我搬動顯示器時,我的眼角掃到有「火花」閃現;我後退幾步,意識到出問題了。

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從上圖可以看到,右邊第二列和第四列完全不能運作了,第一列和第三列的最底下的那個LED燈不滅了。天哪!我完全驚呆了(我可不是開玩笑)…我只不過碰了BADASS顯示器的木櫃,怎麼就發生了ESD毀壞了內部電子設備呢。

「唉…」(或是其他感嘆詞)我對自己說,「這是一個教訓;」但事實證明我錯了,我根本沒有吸取教訓…對不起,我需要一點時間來平復心情…我的下唇還在輕顫,還有一小滴眼淚滑下我的臉頰…我試著堅強、勇敢一點,但真的很難。(EDNT編按:Max你真的戲很多XD…)

過去一個星期,我一直在搞要嵌入到我的「桃花運勢預測引擎」(Inamorata Prognostication Engine)上的小圓爐。在下圖你可以看到,左邊有一個像古董一樣的類比儀錶,由六個螺絲固定。邊框和外殼是從一個壞掉的類似儀錶上拆下來的,用來固定即將裝在面板右邊的圓爐。

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給小圓爐預留的安裝孔
(來源:Max Maxfield)

過去一個星期我都在做這件事──為何需要這麼長時間?嗯…因為有趣的事太多,我又沒有那麼多時間,所以只能每晚花1小時、週末花幾個小時在這事上了。

你可能並不驚訝我使用的是Adafruit的NeoPixel零件;在這種情況下,我認為最佳的解決方案是使用一公尺上有144顆LED的NeoPixel帶。而我的首要任務是把盡可能多的LED擠進直徑為3.5吋的圓形裡面,這是外殼的內部尺寸。

下圖左是我建議的LED燈佈局。一共有七行,每行有5、10、11、12、11、10、5顆LED燈,正好是2 ^ 6 = 64個——神奇的巧合!此外,儘管在圖中並不是很明顯,但每一行都與相鄰的上、下兩行錯位了半個畫素,因為我們不想讓它們看起來像2D陣列。

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擺放好LED燈
(來源:Max Maxfield)

上圖右是製作中的兩個LED陣列。 我打算把其中一個安裝在我辦公室外隔間的預測引擎中,另一個放在家裡,我要試試用編碼來實現不同的燈光效果。

然後來看看下面的圖。左下角是一個裝了外殼的LED陣列,左上方是一個玻璃裂紋圓盤;那種「裂紋」是把一塊玻璃放在塑膠袋裡用錘子敲碎,然後將碎玻璃倒進一個麥當勞塑膠杯裡,加入一些透明的雙管型環氧樹脂(two-part epoxy)將它們混合,然後刮到一張蠟紙上放置過夜。玻璃裂紋圓盤裝在LED頂部,可以反射並折射光線來產生美妙的效果。

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擺好零件準備完成最後的組裝
(來源:Max Maxfield)

碎玻璃圓盤的右邊是一片水波紋的玻璃,我希望這些波紋與合適的LED照明效果結合起來能夠產生閃動火焰的效果;旁邊還有兩塊黃銅片,用於將波紋玻璃固定在黑色邊框上。

我將它們組裝好,安裝在運勢測試引擎木櫃中然後點亮;其實我只是想簡單測試一下,結果相當驚人。我本來要拍一段視訊給你們看,想想還是先跑到隔壁把老朋友Ivan叫過來;而回到我的辦公室,我決定檢查一下當所有LED滿功率運作時,是否會使外殼過熱(之前它讓家裡變暖了一點)。

嗯…結果有好有壞、喜憂摻半。好消息是,運勢測試引擎前面的大黃銅片充分地發揮了散熱作用,圓爐LED外殼摸起來一點都沒變熱。壞消息是,我帶有很大的靜電荷。當我的手指碰到外殼時,只聽到「啪」的一聲,LED滅了…

然後你能猜到我接下來要做什麼吧?(Max悲傷地說,)我知道自己至少要做一件事:在重新點亮預測引擎之前,我要把它接地以預防ESD。

EEWeb讀者評論:

@ avid Ashton 想當年我還是一隻菜鳥,剛開始接受無線電技師培訓。有一天我跟著一個久經沙場的老師傅出門完成一項遠端安裝任務。我們豎起了一根40英尺的桅杆,頂部有一個40MHz的天線,一段RG213同軸電纜(可能是)接到一個PL-259插頭中。安裝起來很容易,只需露出中心的導體,將外面的包層卷回去一點,並將PL-259擰到它上面。這些事由我來做。老師傅看到遠處有亮光,叮囑我:開始之前,要留意天線電纜,務必將它接地。但是我沒把他的囑咐放在心上。我抓起電纜,剝開其外層,碰到了中心的導體,我看到火花從我的指間竄過,我的脊椎有強烈的麻刺感。從此以後,我便把老師傅的忠告牢記在心了。

還有一次,當時我在Rhodesia的首席大法官家裡安裝一台無線電設備(我的老闆千叮萬囑要我幹得漂亮一點)。就在我們裝好設備並進行了一次測試呼叫之後,我們看見了一道很亮的閃光,緊接著是轟隆的響聲,無線電設備周圍也劈裡啪啦閃著火花。

在我後來的工作中,我們機房的地毯充滿靜電,因此每個人在進入機房前必須確保先接地。我常常四處走動,然後過去輕輕碰一下我們非常漂亮的秘書,火花滋滋作響,還能感覺到震動:「我們之間有電,你感覺得到嗎?」

@ Rick Curl 除了加強電路的ESD保護,您可能還需要在地毯上使用防靜電噴霧。如果找不到防靜電噴霧,很多織物柔軟劑也可以。

另外我還建議使用濕度指示器來檢測辦公室的空氣。我們辦公室有一個加濕器和一個監視器,如果濕度低於40%,我們就會停止組裝電路板,直到濕度重新超過40%。

@ Elizabeth Simon ESD是非常棘手的事情。你可能認為保護接地金屬櫃內的電子設備並不太難,遺憾的是它比你想像的要複雜得多。

有一個訣竅,即通過盡可能短的路徑將能量分流到地來保護所有暴露的信號。我見過因長地線引起二次脈衝而出現問題的情況。好在大多數次生效應對零件並無致命影響。

@ du00000001 25年以前,我們(工程公司)做了一些客戶專用板(微電腦,LED顯示幕,I/O)。由於數量太大超出了我們的處理能力,所以我們請了一些十來歲的學生幫忙完成手工部分。當時除了一些「常見問題」,一切都很順利。

但是在接下來的10年裡,一個又一個的微電腦板(約三分之二)因奇怪的問題被送回維修。檢查發現,是雙四輸入NAND (74HC)在製造過程中遇到了「ESD冷焊(ESD Cold)」,經過這些年導致四個輸入中的一個輸入失效,使軟體卡住。

隨著時間的推移以及返修電路板數目的增加,我愈發確信自己對這一問題的診斷。修好的板子沒有再出現同樣的問題。

親愛的EDN讀者朋友,您是否親歷過可怕的ESD事件?請與我們分享你的故事。

編譯:Jenny Liao,EDN China

(原文發表於EDN姊妹刊,ASPENCORE旗下EEWeb網站,參考連結: Hair-Curling, Tear-Inducing Electrostatic discharge (ESD),by Max Maxfield )