ESD防护设计与处理

1、2011-02-11一、一、ESD知识了解知识了解l 1、ESD是什么？l 2、ESD是怎样产生的？l 3、ESD的特点？l 4、ESD的危害；2011-02-111、ESD是什么？是什么？lESD的意思是“静电释放”的意思，它是英文：Electro-Static discharge 的缩写，即“静电放电”的意思。l静电是一种客观的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦和感应等。l雷电也是静电放电的一种形式；2011-02-112、ESD是怎样产生的？是怎样产生的？ （1）摩擦起电）摩擦起电l（1）摩擦、剥离起电；哪里有运动，哪里就有静电！2011-02-112、ESD是怎样产生的？是怎样产生

2、的？ （2）感应起电）感应起电l（2）感应起电；1。RF部分元件（L6层）要靠近天线，同时用单独的屏蔽筐与其他部分隔离以防干扰其它信号。2011-02-112、ESD是怎样产生的？是怎样产生的？ （3）电容改变）电容改变l（3）电容的改变；lV=Q/C;lC=A/d2011-02-113、ESD的特点的特点： （1）干燥环境更易产生静电干燥环境更易产生静电人体活动时所产的典型静电电压（V)人体活动情形湿度1020%湿度6590%走过化织地毯35000V1500V走过塑料地板30000V1200V坐在椅子上工作6000V100V翻阅塑胶面书籍7000V600V在聚氨酯泡沫垫上活动18000V15

3、00V2011-02-113、ESD的特点的特点： （2）人体对静电的感知）人体对静电的感知l在3kV时，你能通过皮肤感知；l在5kV时，你能听见；l在10kV时，你能看见；2011-02-113、ESD的特点的特点： （3）静电放电的特点）静电放电的特点l高电位：数百至数千伏，甚至高达数万至数十万伏；（人体对3kV以下的静电不易感觉到）l低电量：静电多为微安级；（尖端瞬间放电除外）l放电时间短：一般为微妙级；一个ESD瞬态感应电流在小于1ns的时间内就能达到峰值(依据IEC 61000-4-2标准)l受环境影响大：特别是湿度；湿度上升则静电积累减少，静电压下降；2011-02-114、ESD

4、的危害的危害：2011-02-114、ESD的危害：的危害： （1）ESD失效仿真失效仿真lESD失效：仿真人体带8kV静电放电，放电3次；放大3000倍；2011-02-114、ESD的危害：的危害： （2）硬损伤和软损伤）硬损伤和软损伤l硬损伤：器件直接不能工作；l软损伤：ESD减弱了单板性能，但仍能测试通过；单板或器件的性能变差；直至失效；2011-02-114、ESD的危害：的危害： （3）半导体的耐静电特性）半导体的耐静电特性l人体静电可以摧毁任何一个常用半导体器件。2011-02-114、ESD的危害：的危害： ESD失效带来的影响失效带来的影响l内部损失：金钱、时间l外部损失：信

5、誉、客户满意度2011-02-11二二. 静电控制：静电控制：l1、为什么要进行ESD控制？l2、控制什么？l3、怎样控制？l4、硬件开发人员力所能及的有哪些？2011-02-111、为什么要进行、为什么要进行ESD控制？控制？l金钱；l时间；l信誉；l客户满意度2011-02-112、控制什么？、控制什么？l静电不能被消除，只能被控制；l目标：让我们的产品不受ESD损伤！2011-02-113、怎样控制？、怎样控制？l堵； 从机构上做好静电的防护，用绝缘的材料把PCB板密封在外壳内，不论有多少静电都不能到释放到PCB上。l导； 有了ESD，迅速让静电导到PCB板的主GND上，可以消除一定能力

6、的静电。2011-02-114、硬件开发人员力所能及的有哪些？、硬件开发人员力所能及的有哪些？ （1）整机级的堵和导；）整机级的堵和导；l1、外壳和装饰件：金属以及可导电的电镀材料等，属于容易吸引和聚集静电的材料；ESD要求很高的项目要尽可能避免使用这些材料；l2、必须使用导体材料时：结构上要事先预留有效而布局均匀的接地点；一般来说，顶针或者金属弹片的接地效果优于导电泡棉和导电布；l3、无法做接地处理的例如电镀侧键等，需要重点在主板上做特别处理；包括（1）增加压敏电阻、TVS或者电容等器件；（2）预留GND管脚；（3）板边露铜吸引静电放电；l4、外壳上的金属件，距离器件和走线必须大于2.2mm

7、以上距离；l5、堆叠上避免器件裸露于孔、缝边；如果无法避免的话，则要在组装上想办法堵；常见的做法有粘贴高温胶带或者防静电胶带等阻隔；所有结构设计需要留有增加隔离片的空间；l6、硬件和结构上实在无法处理的ESD问题，有时候还能求助于软件或者商务的兄弟们；2011-02-114、硬件开发人员力所能及的有哪些？、硬件开发人员力所能及的有哪些？ （2）主板级的堵和导；）主板级的堵和导；l1、增大PCB板材面积，以增加GND面积，增强其中和静电的能力；成本或者差异化的堆叠让我们做小：！l2、实在很小的主板，则必须要有至少一层完整的GND层；并且要能够跟电池地脚保持良好的连接；我们常常因为成本无法做到留出

8、完整的地层；l3、很小的主板，因为主板的中和电荷能力有限，则要多考虑从整机上堵，少考虑导；l4、器件选择上，要选用高耐ESD的器件；静电保护器件在选择时需要考虑其容性，避免不合适的容性导致其所保护信号线的信号本身的失效；l5、器件摆放时，容易被ESD影响的器件，尽量罩在屏蔽罩中；l6、屏蔽罩必须保证有效而分布均匀的接地！要较为直接的接到主地上，盲孔直接结合埋孔；要四周分布均匀地接地；l7、对IO口和键盘等容易暴露的部分电路，必须增加静电保护器件；2011-02-114、硬件开发人员力所能及的有哪些？、硬件开发人员力所能及的有哪些？ （2）主板级的堵和导；）主板级的堵和导；l8、器件摆放上，必须

9、遵守就近释放的原则，ESD保护器件应靠近IO和侧键等摆放；其次是跨在中间路上；避免靠近芯片摆放；这样能够减少ESD脉冲信号进入附近线路的瞬态耦合；虽然没有直接的连接，但是这种二次辐射效应也会让其他部分工作紊乱；l9、Layout走线必须遵守有效保护的原则；走线应该从接口处先走到TVS处，然后才能走到CPU等芯片处；远远地“挂”在信号线上的静电保护器件，会因为引线寄生电感过大而导致保护失效，让保护形同虚设；l10、TVS管的接地脚与主地之间的连接必须尽可能的短，减小接地平面的寄生电感；l11、TVS器件应该尽可能靠近连接器以减少进入附近线路的瞬态耦合。虽然没有到达连接器的直接通路，但这种二次辐射

10、效应也会导致电路板其它部分的工作紊乱。 2011-02-114、硬件开发人员力所能及的有哪些？、硬件开发人员力所能及的有哪些？ （2）主板级的堵和导；）主板级的堵和导；l12、避免在板边走重要的信号线；例如时钟、复位信号；l13、主板上未使用的地方尽可能的铺成地；并且连接到主地上；多铺地减小了信号与地之间的间距，相当于减小信号的回路面积；（该面积越大，所包含的场流量越大，其感应电流也越大）l14、需要注意ESD对地层的直接放电有可能损坏敏感电路。在使用TVS二极管的同时还要使用一个或多个高频旁路电容器，这些电容器放置在易损元件的电源和地之间。旁路电容减少了电荷注入，保持了电源与接地端口的电压差

11、。l15、电源走在主板中间比在板边好； 地布局在板中间比板边好；2011-02-11三三. ESD纠错方法和补救措施：纠错方法和补救措施：l由于ESD控制的复杂性，即使经验非常丰富的工程师也很难做到万无一失；对于进入生产环节才发现ESD问题的产品，能够准确及时的补救，是十分重要的！2011-02-111、纠错的原则及步骤：、纠错的原则及步骤：找出放电路径找出放电路径l机器ESD通不过是一个很头疼的问题，可以通过一些步骤找出是哪里导致ESD不过的；l1、仔细观察实验现象；注意电弧的放电强度以及放电方向，让静电枪从不同的方向靠近同一个放电点，看看其电弧现象有何不同，分析静电是如何进入机身的，假设其

12、可能的放电路径；l2、逐渐增加或者减少放电电压，以便记录下该失效点是在哪个电压区间失效的；要有条不紊的实验，并且记录数据；例如在空气放电测试时，如果8kV不能通过，向下打6kV、4kV；如果8kV能够通过，向上打10kV、12kV、15kV；l3、一台样机的现象总是带有随机性，需要对几台样机进行同样的测试，找出失效的共性现象，以便准确判断失效原因；l4、根据实验现象进行分析，判断失效原因。由于ESD 的失效原因是多种多样的，所以由一个现象可能分析出几种不同的原因，其中的某一个或某几个引起手机ESD失效。这需要工程师进行更深一步的分析，针对每一种可能进行具体实验，最终找出失效的真正原因。 我们常

13、常希望能一针见血的解决问题，但是常常碰到需要多剂药物同时下才能解决问题，所以我们在解决ESD问题时要不怕麻烦和枯燥；2011-02-112、补救措施：、补救措施：堵、导、换器件堵、导、换器件l如果不是万不得已，尽量找到较好的补救措施，使产品不至于从新设计。分析失效原因之后，必须认真寻找最恰当的补救措施。 l必须做大量的试验来寻找解决方案，这是一个反复而枯燥的过程，针对不同的原因采用不同的方法，如：l1、堵：l（1）去掉某些金属件的接地弹片、顶针或者泡棉；l（2）添加绝缘胶带或者防静电胶带；l（3）更改表面处理工艺，将导电的表面处理更改为不导电的表面处理；l2、导：l（1）实验刮开PCB增加露铜吸收静电，验证有效则更改量产数据；l（2）加导电布或者导电泡棉释放静电；l（3）增加压敏电阻、增加pF级小电容、将压敏电阻更改为TVS管等方