ESD靜電問(wèn)題終極解決方案

1、用心、精心、決心、匠心ESD靜電問(wèn)題終極解決方案靜電是人們非常熟悉的一種自然現(xiàn)象。靜電的許多功能已經(jīng)應(yīng)用到軍工或民用產(chǎn)品中，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電分離、靜電復(fù)印等。然而，靜電放電ESD(Electro-Static Discharge) 卻又成為電子產(chǎn)品和設(shè)備的一種危害，造成電子產(chǎn)品和設(shè)備的功能紊亂甚至部件損壞?，F(xiàn)代半導(dǎo)體器件的規(guī)模越來(lái)越大， 工作電壓越來(lái)越低，導(dǎo)致了半導(dǎo)體器件對(duì)外界電磁騷擾敏感程度也 大大提高。ESD對(duì)于電路引起的干擾、對(duì)元器件、CMOSfe路及接口電路造成的破壞等問(wèn)題越來(lái) 越引起人們的重視。電子設(shè)備的ESD&開始作為電磁兼容性測(cè)試的一項(xiàng)重要內(nèi)容寫入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

2、1 .靜電成因及其危害靜電是兩種介電系數(shù)不同的物質(zhì)磨擦?xí)r，正負(fù)極性的電荷分別積累在兩個(gè)特體上而形成。 當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，其中一個(gè)趨從于另一個(gè)吸引電子，因而二者會(huì)形成不同的充電電位。就人體而言，衣服與皮膚之間的磨擦發(fā)生的靜電是人體帶電的主要因之一。靜電源與其它物體接觸時(shí)， 依據(jù)電荷中和的機(jī)理存在著電荷流動(dòng)，傳送足夠的電量以抵消電壓。在高速電量的傳送過(guò)程中， 將產(chǎn)生潛在的破壞電壓、電流以及電磁場(chǎng)，嚴(yán)重時(shí)將其中物體擊毀，這就是靜電放電。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中定義：靜電放電是具有不同靜電電位的特體互相靠近或 直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移(GB/T4365-1995), 一般用ESD表示。ESD會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞 或

3、操作失常。靜電對(duì)器件造成的損壞有顯性和隱性兩種。隱性損壞在當(dāng)時(shí)看不出來(lái)，但器件變得更脆弱， 在過(guò)壓、高溫等條件下極易損壞。嘔心瀝血整理word1用心、精心、決心、匠心ESD兩種主要的破壞機(jī)制是：由 ESD電流產(chǎn)生熱量導(dǎo)致設(shè)備的熱失效；由ESD應(yīng)出過(guò)高 電壓導(dǎo)致絕緣擊穿。兩種破壞可能在一個(gè)設(shè)備中同時(shí)發(fā)生， 例如，絕緣擊穿可能激發(fā)大的電流， 這又進(jìn)一步導(dǎo)致熱失效。除容易造成電路損害外，靜電放電也極易對(duì)電子電路造成干擾。靜電放電對(duì)電子電路的干擾有二種方式。一種是傳導(dǎo)干擾，另一種是輻射干擾。2 .數(shù)碼產(chǎn)品的構(gòu)造及其 ESD問(wèn)題現(xiàn)在各類數(shù)碼產(chǎn)品的功能越來(lái)越強(qiáng)大，而電路板卻越來(lái)越小，集成度越來(lái)越高。并都或

4、多或少的裝有部分接口用于人機(jī)交互，這樣就存在著人體靜電放電的 ESD問(wèn)題。一般數(shù)碼產(chǎn)品中需要進(jìn)行ESD防護(hù)的部位有：US噴口、HDMI接口、IEEE1394接口、天線接口、VG砥口、DVI 接口、按鍵電路、SIM卡、耳機(jī)及其他各類數(shù)據(jù)傳輸接口。ESD可能會(huì)造成產(chǎn)品工作異常、死機(jī)，甚至損壞并引發(fā)其他的安全問(wèn)題。所以在產(chǎn)品上市 之前，國(guó)內(nèi)或國(guó)外檢測(cè)部門都要求進(jìn)行ES于口其它浪涌沖擊的測(cè)試。其中接觸放電需要達(dá)到8kV,空氣放電需要達(dá)到 15kV,這就對(duì) ESD的設(shè)計(jì)提出了較高的要求。3 .數(shù)碼產(chǎn)品中ESD問(wèn)題解決與防護(hù)3.1 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如果將釋放的靜電看成是洪水的話，那么主要的解決方法與治水類似

5、，就是“堵”和“疏”。如果我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品有一個(gè)理想的殼體是密不透風(fēng)的，靜電也就無(wú)從而入，當(dāng)然不會(huì)有靜電問(wèn)題了。但實(shí)際的殼體在合蓋處常有縫隙， 而且許多還有金屬的裝飾片， 所以一定要加嘔心瀝血整理word2用心、精心、決心、匠心以注意。其一，用“堵”的方法。盡量增加殼體的厚離，即增加外殼到電路板之間的距離，或者通 過(guò)一些等效方法增加殼體氣隙的距離，這樣可以避免或者大大減少ESD的能量強(qiáng)度。通過(guò)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，可以增大外殼到內(nèi)部電路之間氣隙的距離從而使ESD的能量大大減弱。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，8kV的ESD在經(jīng)過(guò)4mm勺距離后能量一般衰減為零。其二，用“疏”的方法，可以用 EMI油漆噴涂在殼體的內(nèi)側(cè)。EMI油漆

6、是導(dǎo)電的，可以看 成是一個(gè)金屬的屏蔽層，這樣可以將靜電導(dǎo)在殼體上；再將殼體與PCB(Printed CircuitBoard)的地連接，將靜電從地導(dǎo)走。這樣處理的方法除了可以防止靜電，還能有效抑制EMI的干擾。如果有足夠的空間，還可以用一個(gè)金屬屏蔽罩將其中的電路保護(hù)起來(lái)，金屬屏蔽罩再連接PCB的GND總之，ESD設(shè)計(jì)殼體上需要注意很多地方，首先是盡量不讓ESDS入殼體內(nèi)部，最大限度地減弱其進(jìn)入殼體的能量。 對(duì)于進(jìn)入殼體內(nèi)部的 ESD量將其從GNDt走，不要讓其危害電路 的其它部分。殼體上的金屬裝飾物使用時(shí)一定要小心，因?yàn)楹芸赡軒?lái)意想不到的結(jié)果，需要特別注意。3.2 產(chǎn)品的PC暇計(jì)現(xiàn)在產(chǎn)品的P

7、CB(Printed Circuit Board)都是高密度板，通常為 4層板。隨著密度的增加，趨勢(shì)是使用6層板，其設(shè)計(jì)一直都需要考慮性能與面積的平衡。一方面，越大的空間可以有更多的空間擺放元器件，同時(shí)，走線的線寬和線距越寬，對(duì)于 EMI、音頻、ESD等各方面性 能都有好處。另一方面，數(shù)碼產(chǎn)品設(shè)計(jì)的小巧又是趨勢(shì)與需要。所以，設(shè)計(jì)時(shí)需要找到平衡點(diǎn)。就ESD問(wèn)題而言，設(shè)計(jì)上需要注意的地方很多，尤其是關(guān)于GN前線的設(shè)計(jì)以及線距，很有講嘔心瀝血整理word3用心、精心、決心、匠心究。有些產(chǎn)品中ES時(shí)在很大的問(wèn)題，一直找不到原因，通過(guò)反復(fù)研究與實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)是 PCB 設(shè)計(jì)中的出現(xiàn)的問(wèn)題。為此，這里總結(jié)了

8、PC暇計(jì)中應(yīng)該注意的要點(diǎn)：(1)PCB板邊(包括通孔Via邊界)與其它布線之間的距離應(yīng)大于0.3mm;(2)PCB的板邊最好全部用 GN區(qū)線包圍；(3)GND與其它布線之間的距離保持在 0.2mm- 0.3mm;(4)Vbat與其它布線之間的距離保持在 0.2mm- 0.3mm;(5)重要的線如Reset、Clock等與其它布線之間的距離應(yīng)大于0.3mm;(6)大功率的線與其它布線之間的距離保持在0.2mm 0.3mm;(7)不同層的GNE間應(yīng)有盡可能多的通孔(VIa)相連；(8)在最后的鋪地時(shí)應(yīng)盡量避免尖角，有尖角應(yīng)盡量使其平滑。3.3 產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)在殼體和PCB的設(shè)計(jì)中，對(duì)ESD問(wèn)題加以

9、注意之后，ESD會(huì)不可避免地進(jìn)入到產(chǎn)品的內(nèi) 部電路中，尤其是以下一些端口： USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天線接口、VG磁口、 DVI接口、按鍵電路、SIM卡、耳機(jī)及其他各類數(shù)據(jù)傳輸接口，這些端口很可能將人體的靜電 引入內(nèi)部電路中。所以，需要在這些端口中使用ESD防護(hù)器件。嘔心瀝血整理word4用心、精心、決心、匠心以往主要使用的靜電防護(hù)器件是壓敏電阻和TVS器件，但這些器件普遍的缺點(diǎn)是響應(yīng)速度太慢，放電電壓不夠精確，極間電容大，壽命短，電性能會(huì)因多次使用而變差。所以目前行業(yè) 中普遍使用專業(yè)的“靜電抑制器”來(lái)取代以往的靜電防護(hù)器件?！办o電抑制器”是專業(yè)解決靜電問(wèn)題的產(chǎn)品，其內(nèi)

10、部構(gòu)造和工作原理比其他產(chǎn)品更具科學(xué)性和專業(yè)性。它由Polymer高分子材料制成，內(nèi)部菱形分子以規(guī)則離散狀排列，當(dāng)靜電電壓超過(guò)該器件的觸發(fā)電壓時(shí)，內(nèi)部分子迅速產(chǎn)生尖端對(duì)尖端的放電，將靜電在瞬間泄放到地。它最大特點(diǎn)是反應(yīng)速度快(0.5ns1ns)、非常低的極間電容(0.05pf3pf),很小的漏電流(1醫(yī)A),非常適合各種接口的防護(hù)。因?yàn)殪o電抑制器具有體積小(0603、0402)、無(wú)極性、反應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在的設(shè)計(jì) 中使用靜電抑制器作為防護(hù)器件的比例越來(lái)越多，在使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、將該器件盡量放置在需要保護(hù)的端口附近；2、到GND勺連線盡可能短；3、所接GND勺面積盡可能大。ESD的問(wèn)題是眾多重要問(wèn)題之一。 在不同的電子設(shè)備中有不同的方式來(lái)避免對(duì)電路的危害。由于現(xiàn)在的數(shù)碼產(chǎn)品體積小、密度大，在 ESD的防護(hù)上有獨(dú)到的特點(diǎn)。通過(guò)大量的靜電測(cè)試 實(shí)驗(yàn)證