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电子消费类、数码产品关于静电防护的介绍

已有 1415 次阅读2006-5-26 10:50 |个人分类:电子设计|系统分类:电测仪表

关键词： ESD，防静电，数码产品

电子消费类、数码产品关于静电防护的介绍

ESD是英文Electrostatics Discharge的缩写，即"静电放电"的意思。ＥＳＤ是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科。因此，国际上习惯将用于静电防护的器材统称为“ESD”，中文名称为静电阻抗器。

静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会产生放电电流。这三种特性又对电子元件产生如下几种影响：

1．静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻（缩短寿命）。

2．静电放电破坏，瞬间高压使元件受损不能工作(完全破坏)。

3．静电放电电场或电流产生的热，使元件受伤（潜在损伤）。

4．静电放电产生的电磁场幅度很大（达几百伏/米）频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子产器造成干扰甚至损坏（电磁干扰）。

静电对电子产品损害有哪些特点？

1. 隐蔽性人体不能直接感知静电除非发生静电放电,但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉,这是因为人体能感知的静电放电电压为2－3 KV,所以静电具有隐蔽性。

2. 潜在性有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患。因此静电对器件的损伤具有潜在性。

3. 随机性电子元件甚么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说，从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机动性性。其损坏也具有随机动性性。

4.复杂性静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使如此，有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其他失效。这在对静电放电损害未充分认识之前，常常归因于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以静电对电子器件损伤的分析具有复杂性。

因此我们说ESD的防护在我们常用的电子消费类终端产品，特别是日益增多的各类数码产品中体现的尤为重要。而冬天人体产生的静电非常强烈而且频繁，当我们接触手机、数码相机或MP3等手持电子设备时，静电常常通过人体引入电子设备中；而目前的电子产品广泛采用大规模的集成电路，如果没有专门的静电防护，轻则引起芯片复位、数据丢失、关机等现象，重则击穿芯片造成永久性破坏，给我们的日常生活带来不必要的麻烦和经济上的损失！

静电防护的主要措施有：静电的泄漏和耗散、静电中和、静电屏蔽与接地、增湿等。静电放电引起的元器件击穿损害是电子工业最普遍、最严重的静电危害，它分硬击穿和软击穿。硬击穿是一次性造成元器件介质击穿、烧毁或永久性失效；软击穿则是造成器件的性能劣化或参数指标下降。

要对电子产品进行有效的静电防护，主要是提高产品的抗静电放电能力。这就要求我们了解有关静电测量的主要参数有哪些?其中一个是电荷量，静电的实质是存在剩余电荷。电荷是所有的有关静电现象本质方面的物理量。电位、电场、电流等有关的量都是由于电荷的存在或电荷的移动而产生的物理量。表示静电电荷量的多少用电量Ｑ表示，其单位是库仑Ｃ，由于库仑的单位太大通常用微库或纳库。另一个是静电电压，由于在很多场合测量静电电位较容易，另一个常用的静电参数是静电电位，其单位为伏,但由于静电电压通常很高,因此常用一个较大的单位-千伏(kV)。

为什么要专门介绍这两个关于静电的参数呢？因为现在仍然有很多电子工程师对静电的产生及防护了解不够，往往把静电阻抗器（ESD）和用于一般电压保护的压敏电阻（EMD）混为一谈。下面就简单介绍一下压敏电阻。

压敏电阻是一种无极性过电压保护元件，无论是交流电路或直流电路，只需将压敏电阻器与被保护电器设备或元器件并联即可达到保护设备的目的。压敏电阻的缺点是易老化和电容较高，老化是指压敏电阻内的二极管元件被击穿。由于大多数情况下Ｐ－Ｎ结过载时会造成短路，依其负载的频繁程度，压敏电阻开始吸引泄漏电流，泄漏电流会在敏感的测试电路中引起测量数据误差，同时，特别是在额定电压高的电路中，会造成强烈发热。

压敏电阻的电容高（最低都在100μf以上），使它在很多情况下不能在信号传输线路中使用。电容和导线电感形成一个低通电路，会使信号极大地衰减。但频率大约在３０ｋＨｚ以下的衰减可以忽略不计。但是对于要求通过USB端口与计算机连接的大多数码产品来说，一旦连接端口的电容值大于5pf时，往往会引起数据传输出错或失败。

电子消费类、数码产品中专门的静电阻抗器ESD（静电保护元件）：电压范围为〈24V，极间电容有〈2.5pf的，响应速度小于1ns，极低的漏电流，封装主要为0603和0402。工作原理是：在电器正常工作过程中，ESD只是表现为容值极低的(一般〈5pf)容抗特性，不会对正常的电器特性产生影响,且不会影响到电子产品的信号及数据传输；当器件两端的过电压达到预定的崩溃电压时，迅速（纳秒级）做出反应，以几何级数的量放大极间漏电流通过，从而达到吸收、减弱静电对电路特性的干扰和影响。同时，由于ESD静电阻抗器的构成材质的特殊性，ESD往往都是通过对静电进行吸收和耗散，亦即表现为一个充放电的过程，来达到对设备进行静电防护，所以设备中的ESD静电阻抗器都不易老化损坏。

由于国外进口电子产品时均要求通过静电测试，这就要求我们设计产品时应充分考虑ESD问题，在硬件的设计上应该注意的有以下几个方面的问题：首先，静电会通过两种渠道在传播，一种是感应的空气放电，另外一种是传导；感应的空气放电主要防护措施是屏蔽，主要考虑结构等方面的问题；传导的防护主要是吸收，我们只要在需要保护的端口前增加ESD即可；其次，在我们增加保护器件ESD时，尽量远离受保护的端口而尽量靠近静电到入口；在次，在设计PCB时经过ESD期间的线路，尽量产生锐角；最后，应该重点考虑受保护器件的地线走向问题，是否也是全部纳入受保护的范畴，否则在做静电反向脉冲测试时，无法达到正向脉冲的等级。

以下是经过测试的一些电子器件所能承受静电破坏的静电电压。