防静电产品 电子产品防静电（ESD）设计 最有可靠性知识

(静电放电)是指“静电放电”

静电是一种客观的自然场景，它以多种方式发生，比如触摸、冲突、电器之间的感应等等。静电电位高，电量低(毫库仑MC:10-9°C)，电流小(UA: 10-6 A)，作用时间短(US: 10-6 S)。静电测量重现性差，呈现很多瞬态场景。在正常的日子里，我们体内和周围有很高的静电电压，几千伏甚至上万伏。

怀疑是一个系统工程，可以从几个方面来规划。一是要保证商品本身不会因为强烈的静电感应而自毁，比如增加屏蔽和阻挡的方法，通过增加PCB接地面积来改善电荷泄漏路径；二是选择ESD特性好的芯片。同一芯片不同厂家功能不同，一般在芯片澄清中提到；第三，增加维护电路，抵抗外界静电。

最好的技能应该是满足应用要求并达到最低成本。如果货物在保修期内损坏，制造商一般需要免费为用户维修或更换。如果商品的次品率高，不仅会增加维修成本，降低利润，甚至会召回丢失的商品，影响制造商的声誉。面对越来越多的易碎芯片，所有芯片厂商和整机厂商都有必要探讨和实施防静电技巧，以提高生产良率，降低应用失败率。本文以计算机为例，介绍了静电放电的相关知识，希望能为我们提供参考。

首先，芯片的防静电规划

随着芯片速度的发展，为了缩短引脚长度，降低信号串扰，倒装芯片越来越多地用于封装CPU、SoC(片上系统)等超大规模IC芯片。倒装芯片一般面积大，厚度薄。根据电容计算公式c = ε s/d，芯片可能携带大量的静电荷Q(=CxV)，换句话说，芯片本身就变成了一个无限大的电容。

如果芯片规划者不满足这个问题，不在芯片中设置电流释放通道，净电荷会不断积累。其结果是，当芯片接触到工作台或包装盒时，会有强烈的静电释放，使芯片在制造过程中受损，成品率降低，生产成本提高。

此外，CPU和GPU芯片上的金属外壳和散热片也是制造麻烦的祸根。大的金属体和静电接收天线没什么区别，只是简单的吸收芯片周围的电场和芯片附近导线上的电荷。这种元素也对芯片安全构成了威胁。如果芯片规划器和整机规划器不考虑这个因素，当用户发现存在普遍的疑虑，不得不召回产品时，损失会更大。

二、整机的屏蔽和接地规划

商品生产车间，地面防静电，生产设备防静电，检测仪器防静电，芯片周转箱和仓库防静电。就连操作人员也要穿防静电的衣服，戴防静电手套，并且要有全副武装的样子。但是电脑在使用的时候还是会给ESD待机。为了防止感应静电造成的损坏，整机需要屏蔽接地。

电脑等商品的金属外壳是屏蔽静电的主要方式。优秀的接地可以大大降低静电损坏的概率。机箱内的主板、接口卡、软驱、硬盘、光驱等设备，以及包裹在信号线外的金属屏蔽网，都通过机箱连接成一个整体，再通过电源地线接地，既可以消除外界感应的静电，又可以消除旋转设备本身产生的冲突静电。为了保证组件之间的良好接触，底盘上设有各种弹性触点或弹性触片。

第三，植入接口电路

芯片是静电放电损坏的最简单的设备，因此成为商品中的重点维护对象。而接口电路位于电路板外围，是防静电的主要防线。因为板上的逻辑电路承受不了千伏电压，所以要把它扫出电路。每个接口都连接有静电保护设备，这样就可以在这里释放静电高压，防止侵入电路板的深层区域。

接口电路中最简单的防静电方法是串联一个低阻值的电阻来限制静电放电电流，或者直接在信号线和地线之间充当一个小电容来释放静电放电电流。但是这些方法会削弱和延迟信号攻击，不利于信号传输。

在近年来生产的主板中，在键盘和鼠标的PS/2接口中，以及RS-232c串口、IEEE1284A并口等低速端口中，大多选用具有嵌入式抗静电功能的数据收发器芯片。嵌入接口芯片的静电放电维护电路是利用寄生电路完成的。当静电放电有效时，寄生电路被触发放电静电放电电流或箝位静电放电电压，以达到维护的目的。

关于高速USB和IEEE1394热插拔接口，新的静电维护设备如TVS和MLV由于引脚较少，一般都是连接的。TVS(瞬态电压抑制器)可以快速释放ESD故障电流到地，其漏电流和结电容很低，响应时间也很短(1ns左右)。TVS是高速数据通路的理想选择，广泛应用于电脑主板和各种USB设备。

TVS设备一般都有丰富的几种具有多通道维护效果的微型贴片组件，常见的封装形式有SOT23和SC-70。

静电放电维护者往往不是每个人都注意到的，但却是电脑的维护之神。我们无法知道他们是否在计算机领域工作过。然而，如果没有他们的私人维护，计算机经常会给我们带来麻烦。

四.商品静电放电测试

我们知道，电子产品要通过EMC(电磁兼容)功能测试，被贴上EMC标志，才能进入世界市场。目前，最负盛名的电磁兼容性规范是IEC61000-4，其中包括IEC61000-4-2(静电放电)、IEC61000-4-3(抗电磁干扰)、IEC61000-4-4(电气快速瞬变)和IEC61000-4-5(浪涌灵敏度)。电脑产品的静电放电实验也是基于IEC61000-4-2。

IEC61000-4-2的静电放电试验有两项:接触电压试验和气体放电试验。在触摸电压测试过程中，静电放电信号发生器会爆发出高达4kV的可调DC电压，当信号发生器的探头接触到被测设备时，会爆发放电。空气体放电测试时，ESD测试仪提供高达8kV的可调脉冲电压，从测试仪的探头向被测设备发出电火花。

一千英里的堤岸坍塌成蚁巢。

商品策划、元设备选型、生产过程各个环节的问题都有可能成为灾难性事故，ESD测试是发现策划问题、检验元设备质量、发现生产缺陷的有效方法。

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