靜電放電風險常由細部結構開始

靜電放電可能由外殼接縫、孔洞、空氣間隙、尖角或接地不連續處開始。這些細節在產品完成試作或驗證後才暴露時，通常會增加結構修改與重新測試的成本。

Simcenter Flux 可利用產品 CAD、PCB 配置、材料與接地資訊建立三維靜電場模型，納入高壓與接地導體、浮動金屬及周圍空氣域，讓工程團隊在設計階段先辨識高電場區域與候選放電路徑。這項評估聚焦放電發生前的背景電場，不等同於放電後的瞬態電流與元件受擾模擬。

流注判據評估放電起始條件

氣體中的完整放電過程涉及電子崩、電荷輸運與通道發展等物理現象，直接模擬的複雜度很高。流注判據則把靜電場結果轉換為放電起始風險的工程估計，用來找出流注可能開始的區域與流注起始電壓。

計算會沿候選路徑積分氣體的有效游離係數 α_eff，並將積分值與門檻 K 比較。提供的技術資料採用 K 等於 18 的常見值，再透過二分法調整電壓，直到積分值接近門檻，以估算該路徑的流注起始電壓。游離模型與適用電場範圍取決於氣體、壓力與模型來源，不能視為通用常數。

圖一：二分法反覆調整電壓並重新評估游離積分的流程示意。

從幾何到靜電場的建模流程

建模時應保留會改變局部電場的空氣間隙、尖角、接縫、孔洞、導電零件、接地路徑與絕緣厚度。接著建立空氣域與材料，指定高電位、接地或浮動導體，並設定外部邊界條件。

完成幾何與物理設定後，先求解三維靜電場，確認電位與電場分布合理，再進入流注判據的後處理。候選路徑通常依電場線追蹤，也可使用已由實驗辨識的路徑或其他合適的進展方向。

圖二：Simcenter Flux 進行快速建模

網格與邊界條件影響結果可信度

流注路徑與游離積分都受到電場品質影響，建議在預期流注區域配置局部網格，避免只用少量網格層描述間隙，並使用二階元素改善電場與路徑積分的品質。

專案中的參考電位差也應接近預期的流注起始電壓。電位差過低時，有效游離係數可能大多不參與積分；過高時，路徑中段的高游離係數會偏離方法關注的起始區域。網格、邊界與參考電壓都需要透過收斂檢查確認。

圖三：在預期流注區域配置局部網格

由全域與局部計算辨識路徑

全域計算由指定表面出發，搜尋在目前電位差下可能發展的多條流注路徑，並找出積分值最高、流注起始電壓最低的候選路徑。局部計算則由指定點出發，用來檢查工程師關注的接縫、尖角或材料交界。

結果可包含流注路徑、傳播方向、流注起始電壓，以及沿路徑的約化電場與有效游離係數曲線。全域與局部結果彼此互補，可協助判斷風險是集中在單一細節，還是多個區域都需要調整。

圖四：全域計算顯示由指定表面出發的多條候選流注路徑以及對應的起始電壓數值

用相同條件比較設計修改

評估的價值在於採用相同幾何範圍、材料、氣體模型、邊界條件與網格準則，比較修改前後的結果。工程團隊可觀察高風險區域是否移動、候選路徑是否改變，以及流注起始電壓的相對變化。

這些資訊可支援外殼接縫、空氣間隙、接地配置與絕緣結構的設計討論。比較時應固定分析條件並保留模型版本，避免把網格或設定差異誤認為結構改善。

圖五：結果中標示最可能起始並延伸的流注路徑。

評估結果需要實驗驗證

流注判據估算氣體中電子崩的起始門檻，不能精確預測完整電弧路徑或保證擊穿電壓。接點粗糙度、游離曲線、溫度、壓力與路徑定義都會影響結果，且不能直接套用於脈衝電壓試驗。最終仍需以實驗資料驗證。

放電後的 PCB 耦合波形、IC 受擾、保護元件效果或瞬態電流傳播，應另行使用瞬態電路、全波電磁或其他分析。如需以現有 CAD、PCB 配置與接地資料進行初步評估，歡迎與勢流科技聯繫，一起確認模型範圍與驗證方式。