1 何為靜電

 

靜電是物體表面過剩或不足的靜止電荷。

 

1.靜電是一種電能，它留存物體表面。

 

靜電是正電荷 和負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果；

 

靜電是通過電子或離子轉(zhuǎn)移而形成的。

 

2.靜電現(xiàn)象是電荷的產(chǎn)生和消失的過程中產(chǎn)生的電現(xiàn)象的總稱。

 

 

2 靜電放電三要素

 

Q+M+D=ESD

 

● Q：一定積累的靜電荷。

● M：放電途徑，如金屬接觸、對(duì)地或低阻的泄放途徑。

● D：靜電敏感器件。

 

3 靜電產(chǎn)生原理

 

電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng),一有外力即脫離軌道,離開原來的原子而侵入其他的原子。

 

 

外力包含各種能量, 如動(dòng)能,位能,熱能,化學(xué)能,電磁能等。

 

A原子因缺少電子數(shù)而帶有正電現(xiàn)象, 稱為陽離子。

 

B原子因增加電子數(shù)而帶有負(fù)電現(xiàn)象, 稱為陰離子。

 

 

4 靜電在電子工業(yè)中的危害

 

1.靜電吸附灰塵，降低元件絕緣電阻（縮短壽命）。

 

2.靜電放電破壞，使元件受損不能正常工作：靜電放電時(shí)當(dāng)放電電流過大(瞬時(shí)大電流可達(dá)幾十A), 產(chǎn)生過高熱能, 將會(huì)擊穿元件。

三種擊穿現(xiàn)象：

 

● 熱擊穿：P-N破壞；

● 介電擊穿: 氧化層的破壞；

● 金屬汽化: 金屬線被汽化而開路。

 

3.靜電放電輻射的電磁場(chǎng)幅度很大（可達(dá)幾百V/m）頻譜極寬（從幾十兆到幾千兆），對(duì)電子產(chǎn)品造成干擾甚至損壞。

 

5 ESD測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

 

目前IEC 61000-4-2看作是 ESD 測(cè)試的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 17626.2-1998）等同于IEC 61000-4-2。

 

 

常用消費(fèi)類的測(cè)試采用接觸4KV和空氣8KV，某些高標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)如車載類，會(huì)采用8KV和空氣15KV。

 

6 電路級(jí)ESD防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

 

1.并聯(lián)放電器件

 

常用的放電器件有TVS，齊納二極管，壓敏電阻，氣體放電管等。

 

 

齊納二極管（Zener Diodes） ：利用齊納二極管的反向擊穿特性可以保護(hù)ESD敏感器件。但是齊納二極管通常有幾十 pF 的電容，這對(duì)于高速信號(hào)（例如 500MHz）而言，會(huì)引起信號(hào)畸變。齊納二極管對(duì)電源上的浪涌也有很好的吸收作用。

 

瞬變電壓消除器TVS(Transient Voltage Suppressor)：TVS 是一種固態(tài)二極管，專門用于防止 ESD 瞬態(tài)電壓破壞敏感的半導(dǎo)體器件。與傳統(tǒng)的齊納二極管相比， TVS 二極管 P/N 結(jié)面積更大，這一結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)使 TVS 具有更強(qiáng)的高壓承受能力，同時(shí)也降低了電壓截止率，因而對(duì)于保護(hù)手持設(shè)備低工作電壓回路的安全具有更好效果。

 

TVS二極管的瞬態(tài)功率和瞬態(tài)電流性能與結(jié)的面積成正比。該二極管的結(jié)具有較大的截面積，可以處理閃電和 ESD所引起的高瞬態(tài)電流。TVS也會(huì)有結(jié)電容，通常0.3個(gè)pF到幾十個(gè)pF。TVS有單極性的和雙極性的，使用時(shí)要注意。

 

壓敏電阻：壓敏電阻也可以進(jìn)行有效的瞬時(shí)高壓沖擊抑制，此類器件具有非線性電壓- 電流 ( 阻抗表現(xiàn) ) 關(guān)系，截止電壓可達(dá)最初中止電壓的 2 ～ 3倍。這種特性適合用于對(duì)電壓不太敏感的線路和器件的靜電或浪涌保護(hù)，如電源回路，按鍵輸入端等。壓敏電阻價(jià)格比TVS低不少，但是防護(hù)效果沒有TVS好，且壓敏電阻有壽命老化。

 

2.串聯(lián)阻抗

 

一般可以通過串聯(lián)電阻或者磁珠來限制ESD放電電流，達(dá)到防靜電的目的。如圖。如手機(jī)的高輸入阻抗的端口可以串1K歐電阻來防護(hù)，如ADC，輸入的GPIO，按鍵等。

 

 

3.增加濾波網(wǎng)絡(luò)

 

用濾波器濾掉主要的能量也能達(dá)到靜電防護(hù)的目的。

 

 

對(duì)于低頻信號(hào)，如GPIO輸入，ADC，音頻輸入可以用1k+1000PF的電容來做靜電防護(hù)，成本可以忽略，性能不比壓敏電阻差，如果用1K+50PF的壓敏電阻（下面講的復(fù)合防護(hù)措施），效果更好，經(jīng)驗(yàn)證明這樣防護(hù)效果有時(shí)超過TVS。

 

對(duì)于射頻天線的微波信號(hào)，如果用TVS管，壓敏等容性器件來做靜電防護(hù)，射頻信號(hào)會(huì)被衰減，因此要求TVS的電容很低，這樣增加ESD措施的成本。對(duì)于微波信號(hào)可以對(duì)地并聯(lián)一個(gè)幾十nH的電感來為靜電提供一個(gè)放電通道，對(duì)微波信號(hào)幾乎沒有影響，對(duì)于900MHZ和1800MHz的手機(jī)經(jīng)常用22nH的電感。這樣能把靜電主要能量頻譜上的能量吸收掉很多。

 

4.多層板進(jìn)行ESD防護(hù)

 

當(dāng)資金允許的情況下，選擇多層板也是一種有效防止ESD的一種手段。在多層板中，由于有了一個(gè)完整的地平面靠近走線，這樣可以使ESD更加快捷的耦合到低阻抗平面上，進(jìn)而保護(hù)關(guān)鍵信號(hào)的作用。

 

5.電路板外圍留保護(hù)帶

 

這種方法通常是在電路板周圍畫出不加組焊層的走線。在條件允許的情況下將該走線連接至外殼，同時(shí)要注意該走線不能構(gòu)成一個(gè)封閉的環(huán)，以免形成環(huán)形天線而引入更大的麻煩。

 

總之ESD雖然可怕，甚至?xí)韲?yán)重后果，但是，只要保護(hù)好電路上電源和信號(hào)線，那么就能有效的防止ESD的電流流入PCB中。以上內(nèi)容供大家參考，希望能給您帶來幫助。

 

 

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