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企业级ESD解决方案主讲人：赵阳主讲人：赵阳苏州泰思特电子科技有限公司苏州泰思特电子科技有限公司南京研发中心南京研发中心info@3ctest.cninfo@3ctest.cn目录第一章静电分析概述第二章静电分析原理解析第三章静电测试方法与仪器第四章传导性ESD问题描述与解决方案第五章辐射性ESD问题描述与解决方案自然界中的物质，可经由某种过程而获得或失去电子(例如摩擦或感应起电)，这类的电荷即称为静电。当这些正电荷或是负电荷逐渐累积时，会与周围环境产生电位差，电荷若是经由放电路径而产生在不同电位之间移转现象，即称此为静电放电现象，简称为ESD(ElectroStaticDischarge)。例如某绝缘的导体（螺丝起子）带有足够高电荷,当它靠近有相反电势的集成电路（IC，IntegratedCircuit）时，电荷“跨接”，引起静电放电。静电放电产生的三个条件：电荷的积累，静电荷积累在绝缘体上；静电荷通过接触或感应转移到导体上；充满静电的导体接近一个金属器件，产生放电。1.1静电生成机理第一章静电分析概述1.2静电危害对象精密芯片：芯片越来越集成、微小，抗击电压也越来越小，极易受到静电电流影响。MOS器件：MOS器件每条路径都有自己的放电特性，电位差超过路径间的绝缘物的介电强度，会发生介质击穿，从而损坏电路。PCB板：ESD电流会直接通过电路板烧毁PCB上对ESD敏感的电路元件。地线：ESD电流经过地线，若接地材质不良会产生高阻抗，形成高干扰电压，会是接地线路对正常工作电路造成干扰。对ESD敏感的器件还有有微电子器件，分立半导体器件，电阻器基片，压电晶体以及薄膜电路等。1.3静电分析ESD是一种高能量、宽频谱的电磁干扰，干扰途径主要有两种：传导性ESD：主要是瞬间接触的大电流造成产品内部电路的误动作或损坏。辐射性ESD：空间电磁场耦合，其上升时间短，约为0.7~1ns，频谱高达数百MHz，静电放电电流会激烈一定频谱宽度的脉冲能量在空间，产生的电磁场通过寄身电感或电容耦合进敏感电路。对静电电流在电路中防护主要使用一些保护器件，在敏感器件前端构成保护电路，引导或耗散电流。此类保护器件有：陶瓷电容，压敏电阻，TVS管等，下图给出一个保护电路图。2.1传导性ESD分析原理第二章静电分析原理解析RS232接口EMC设计标准电路2.2辐射性ESD分析原理对于静电产生的场对敏感电路产生影响，防护方法主要是尽量减少场的产生和能量，通过结构的改善增加防护能力，对敏感线路实施保护。对场的保护通常比较困难，在改良实践中探索出了一种叫做等位体的方法。通过有效地架接，是壳体形成电位相同体，抑制放电。事实证明此种方式有效易于实施。2.3非接地、非导体外壳ESD制造ESD地平面。电磁屏蔽。2.4防护静电的一般方法减少静电的积累；使产品绝缘，防止静电发生；对敏感线路提供支路分流静电电流；对放电区域的电路进行屏蔽；减少环路面积以保护电路免受静电放电产生的磁场的影响。前三条是针对直接放电，后两条是针对关联场的耦合。2.5人体模型（HBM：HumanBodyModel）对于企业产品的静电实验发生器采用人体模型，下图为人体电容和阻抗示意图，以及人体模型结构示意图，可知：等效电容：50-250pF，等效电阻：500-10KΩ，放电电压：0-20kV静电放电抗扰度试验的国家基础标准是：GB/T17626.2-2006对应的国际标准为：IEC61000-4-23.1静电放电抗扰度标准第三章静电测试方法与仪器直接接触放电(尖电极头)：直接接触放电端安装在ESD模拟器上，并对可触及的放电点直接接触放电试验，试验电压采用表B.1规定的接触放电电压等级。空气放电(半圆电极头)：空气放电端安装在ESD模拟器上，距离被试设备至少15mm。放电端垂直(±15°)对准放电位置，以速度不大于5mm/s缓慢靠近，直至放电。按照表B.1中空气放电电压等级测试各点。如无放电产生，则继续移动放电端直至放电端与放电点接触。如仍无放电产生，则此位置及此电压等级下的试验停止。垂直耦合板、水平耦合板放电3.2测试方法静电放电发生器3ctestESD-30G木桌接地平板(耦合板)接地电阻3.3试验设备ESD发生器采用苏州泰斯特电子科技有限公司生产的型号为ESD-20静电放电测试仪器，其性能满足IEC61000-4-2标准要求，电子产品抗击电压为4.7KV，超过4.7KV就会出现蜂鸣器报警，死机现象。实验布置图如下：某电子产品接触式静电放电的接地改良第四章传导性ESD问题描述与解决方案问题措施结果1、考虑电荷的泄流，改善电子产品的整体接地改两线供电为三线供电，增加接地线路。电子产品抗压提高到5.8kv2、考虑提高PCB板接地，改善电子线路的接地将PCB板接地与外壳和地线相连，使电荷能首先通过地线导出电子产品抗压提高到7.9kv3、对打击部分的敏感电路RS232串口电路改良对敏感点线路利用TVS管接地防护，提高其抗静电能力电子产品抗压提高到了9.3kvRS232串口电路改良判定RS232串口9号脚为敏感点。9号脚点都有长导线引出，在工作状态下施加微弱电压，就会报警。选择有效地方式利用TVS管对其进行保护：所用TVS管型号为：P6KE6.8CA如图对九号脚引出的长导线进行了接地改良。抗压大幅提高。某皮带秤在进行电磁兼容抗干扰测试静电放电项目中失败，其测试要求为接触放电6kv，空气放电8kv。现象是进行接触放电打击时存在放电，显示屏有异样，持续打击时会死机，有时可恢复。空气放电时显示屏也会有少许放电，然后死机。机体如下图所示：5.1某皮带秤的静电改良第五章辐射性ESD问题描述与解决方案在防护静电时，被测物体的外部结构常常起到至关重要的作用。封闭的外壳能有效地对抗静电，使内部电路较少的受到影响。皮带秤外壳为封闭结构，完全通过测试。内壳部分结构松散，内壳抗压能力为：接触3kV，空气4kV。由于内壳的结构不良，引起各种放电，剧烈的放电电流会影响参考地电位，使得数字电路逻辑失控，强烈的电磁场会耦合到敏感的信号线，引起信号错位。考虑改善内壳的链接。利用扁铜带改良其链接。显示屏周围为敏感地带，由液晶显示和控制电路两部分组成，电路复杂逐一整改不可取。在间隙中填充绝缘材料，提高放电介质强度，两板平行可视为电容器，电容定义为C=εS/d，其中ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离,电容电压为电荷相同的情况下，电容增大，两板之间的放电电压将变小，从而其抗电压能力提高。测试发现接触放电能力有所提高，位于显示部分上方的薄膜电路通过了空气放电8kV测试。QU=C将内壳与外壳绝缘，内壳不接地。使电荷积累在内壳表面，随着电荷的积累，内壳逐渐形成一个等位体，放电现象消失。经过以上整改皮带秤通过了接触放电6kV和空气放电8kV的测试。某电力集中器在进行电磁兼容抗干扰测试静电放电项目中失败，其测试要求为接触放电8kV，空气放电15kV。问题出现在垂直耦合板和水平耦合板静电放电抗扰度测试。5.2电力集中器第五章辐射性ESD问题描述与解决方案1、核心板电磁屏蔽。2、制造ESD地。