在工作中如何做好ESD防護 資深工程師經(jīng)驗分享

大家都知道ESD防護很重要，那么我們在工作中如何做好ESD防護？首先小編認(rèn)為，制度和培訓(xùn)非常重要，對于設(shè)計人員要有一個制度讓他們時刻保持警醒，在設(shè)計中保障ESD防護的完成度，其二就是培訓(xùn)員工，有一個長效機制，靜電放電（ESD）往往有電量的轉(zhuǎn)移、電流的產(chǎn)生和電磁場輻射，極易對電子產(chǎn)品造成破壞，一定要在技術(shù)上和制度同時保障ESD防護。

ESD是如何產(chǎn)生的

不同的物質(zhì)，對外層電子的控制能力不同。當(dāng)兩種物體相互摩擦，對電子控制能力強的物體就會從對電子控制能力弱的物體上吸附更多的電子，從而使這兩個物體都帶上電荷，吸附到電子的帶上了負(fù)電荷，失去電子的帶上了正電荷。當(dāng)帶電物體和另一個物體接近或者直接接觸時，若這兩個物體的電荷不平衡，電荷會從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上，從而實現(xiàn)電荷的再平衡。

電荷轉(zhuǎn)移有兩種方式：

一，直接接觸式，電荷通過接觸點從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體；

二，當(dāng)兩帶電體足夠接近時，空氣被電離擊穿，電荷通過電離的通道從一個物體，轉(zhuǎn)移到另一個物體上。

二，ESD的特點

當(dāng)兩個不平衡的帶電體相互接近時，電荷迅速向接近點轉(zhuǎn)移，當(dāng)足夠接近（或者）時，這時電場會很大，所以電壓也很高，由于電荷轉(zhuǎn)移通道阻抗很小，電荷轉(zhuǎn)移幾乎在一瞬間完成，所以電流會很大。

ESD參數(shù)值：

ESD電壓：接觸電壓4KV以上， 非接觸電壓8KV以上

ESD電流：峰值30A以上

電流上升時間： 200ps到10ns。

由于ESD電流上升時間快，經(jīng)傅里葉變換分析，ESD電流包含300M以上的頻率頻譜。

三，ESD是如何影響系統(tǒng)的

ESD影響系統(tǒng)包含三個方面：

一，直接損壞器件，如損壞PN結(jié)，破壞MOS電路柵極，熱擊穿。

二，輕微損傷，導(dǎo)致性能變壞，長時間會導(dǎo)致功能喪失。

三，造成功能錯誤，當(dāng)ESD消失后，功能又會自動恢復(fù)。

根據(jù)ESD信號的特點和ESD形成過程，ESD損壞設(shè)備包括三種方式：

一，ESD電流，由于ESD電流很大，進入IO口很容易造成PN結(jié)等的操作，進入地

容易引起地彈，引起功能錯誤。

二，ESD電流產(chǎn)生的RF輻射，通過間接的方式耦合到其它電路中。

三，放電前，兩物體間的電場。電場一般不會對電路產(chǎn)生太大的影響，最容易影響

到的是敏感的高阻電路。

四，如何防護ESD

產(chǎn)生干擾有三個要素： 干擾體，干擾路徑， 受擾體。

要做好ESD防護，就需要從這三個方面著手：

干擾體：對于接觸受保護器件的所有人或者物，必須先要除去靜電，才能接觸被保

護器件，這就從根本上解決了問題。

干擾路徑：受保護器件實現(xiàn)如外界的隔開，使靜電無法接觸到被保護物體，如放在

一個塑膠盒中；

受保護的物體容易接觸到靜電的地方和敏感部分實現(xiàn)電氣隔離，如光耦

隔離，磁隔離

受擾體：增加受擾體本身抗ESD干擾能力。

提高抗ESD能力有三個部分：元器件級，PCB級，系統(tǒng)級。

元器件級：

對于容易受到ESD干擾的敏感部分，有兩種防護措施：

ESD干擾進入后，經(jīng)過衰減到可以承受的等級，再經(jīng)過敏感部分，這種器件有：

串入電阻，電感，鐵氧體材料，磁珠

將ESD能量引導(dǎo)到其它抗干擾能力更強的部分，一般是地。

火花間隙，空氣放電管

TVS，雪崩二極管

電容

根據(jù)實際情況，可以單獨使用其中的一種方案，或者兩種方案混合。

PCB級：

一，加強地線。

ESD能量直接進入地或者通過其它手段引導(dǎo)到地，由于ESD瞬時電流很大，很

小的地阻抗都會產(chǎn)生很大的電壓差，這會導(dǎo)致邏輯錯誤甚至為會損壞電路。

1，在PCB的底層和頂層進行地覆銅。

2，采用多層PCB電路板，使用單獨一層做地。使用多層板比雙層板能提高10

到100倍的防護間接ESD影響的能力。

二，加護溝進行合理的分區(qū)。

1，按照功能，把電路劃分為幾塊，防止電路之間的相互影響。

2，ESD進入地后，應(yīng)該防止ESD電流進入特別敏感的電路部分，這時就應(yīng)該

根據(jù)功能將電路和地進行合理的分區(qū)，分區(qū)之間采用單點接地，引導(dǎo)ESD

電流的流向。

三，對于特別敏感的導(dǎo)線的電路進行處理，如高阻抗部分。

四，對于兩地電路板之間的連接，應(yīng)確保連接器之間的低接地阻抗。如兩地板通過

插針連接時，應(yīng)該有足夠多的地插針，而且地插針位置也要合理。

五，減少環(huán)路面積，包括信號環(huán)路和電源環(huán)路。

環(huán)路電流既容易對外產(chǎn)生RF輻射，也容易接收外接的輻射。

六，確保電源和地之間的緊耦合。

兩種方法： 地和電源之間盡量靠近； 地和電源之間有足夠的退耦電容。

當(dāng)干擾進入后，如果影響到電源或者地，由于電源和地的緊耦合，電源和地會

一起跳動，但電位差不會變，這樣就加強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

七，信號線要盡量靠近地線，地平面，電源線，這樣可屏蔽外界輻射影響信號線，

也可以降低信號線對外部的輻射。

八，盡量減少導(dǎo)線長度。導(dǎo)線就像個天線，導(dǎo)線越長，天線作用越明顯。

系統(tǒng)級：

一，容易受到ESD干擾的敏感部分采取一定的屏蔽措施或者絕緣措施，使ESD無

法到達(dá)敏感部分，如加屏蔽罩，通過殼體與外界保持足夠的距離。

二，I/O電纜加干擾抑制器。

三，機架地的連接為低阻抗。

保護連帶的實施

什么是保護邊帶：

保護邊帶是在PCB四周（頂層和底層）設(shè)置一圈導(dǎo)線。

保護邊帶的作用：

防止ESD經(jīng)輻射或者傳導(dǎo)耦合直接對元件產(chǎn)生影響。

實施保護邊帶應(yīng)注意的事項：

1，應(yīng)去掉保護邊帶的絕緣層，將保護邊帶的銅皮直接裸露在外面，這樣更容易吸收靜電荷。

2，保護邊帶應(yīng)與元器件，導(dǎo)線保持最少0.5cm的距離，確實保護邊帶與電路間電壓擊穿，兩者之間不會發(fā)生ESD電流電弧放電。

3，保護邊帶不應(yīng)夠成一個封閉的環(huán)。封裝的環(huán)相當(dāng)于一個磁場環(huán)路天線，容易接受外部的輻射。

4，將保護邊帶分為幾段，分段之間的寬度要大于0.5mm，因為越近，寄生電容就越大，對于高頻來說，相當(dāng)于通路。