ESD防護(hù)設(shè)計(jì)與處理

1、2011-02-11一、一、ESD知識(shí)了解知識(shí)了解l 1、ESD是什么？l 2、ESD是怎樣產(chǎn)生的？l 3、ESD的特點(diǎn)？l 4、ESD的危害；2011-02-111、ESD是什么？是什么？lESD的意思是“靜電釋放”的意思，它是英文：Electro-Static discharge 的縮寫(xiě)，即“靜電放電”的意思。l靜電是一種客觀的自然現(xiàn)象，產(chǎn)生的方式多種，如接觸、摩擦和感應(yīng)等。l雷電也是靜電放電的一種形式；2011-02-112、ESD是怎樣產(chǎn)生的？是怎樣產(chǎn)生的？ （1）摩擦起電）摩擦起電l（1）摩擦、剝離起電；哪里有運(yùn)動(dòng)，哪里就有靜電！2011-02-112、ESD是怎樣產(chǎn)生的？是怎樣產(chǎn)生

2、的？ （2）感應(yīng)起電）感應(yīng)起電l（2）感應(yīng)起電；1。RF部分元件（L6層）要靠近天線，同時(shí)用單獨(dú)的屏蔽筐與其他部分隔離以防干擾其它信號(hào)。2011-02-112、ESD是怎樣產(chǎn)生的？是怎樣產(chǎn)生的？ （3）電容改變）電容改變l（3）電容的改變；lV=Q/C;lC=A/d2011-02-113、ESD的特點(diǎn)的特點(diǎn)： （1）干燥環(huán)境更易產(chǎn)生靜電干燥環(huán)境更易產(chǎn)生靜電人體活動(dòng)時(shí)所產(chǎn)的典型靜電電壓（V)人體活動(dòng)情形濕度1020%濕度6590%走過(guò)化織地毯35000V1500V走過(guò)塑料地板30000V1200V坐在椅子上工作6000V100V翻閱塑膠面書(shū)籍7000V600V在聚氨酯泡沫墊上活動(dòng)18000V15

3、00V2011-02-113、ESD的特點(diǎn)的特點(diǎn)： （2）人體對(duì)靜電的感知）人體對(duì)靜電的感知l在3kV時(shí)，你能通過(guò)皮膚感知；l在5kV時(shí)，你能聽(tīng)見(jiàn)；l在10kV時(shí)，你能看見(jiàn)；2011-02-113、ESD的特點(diǎn)的特點(diǎn)： （3）靜電放電的特點(diǎn)）靜電放電的特點(diǎn)l高電位：數(shù)百至數(shù)千伏，甚至高達(dá)數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)伏；（人體對(duì)3kV以下的靜電不易感覺(jué)到）l低電量：靜電多為微安級(jí)；（尖端瞬間放電除外）l放電時(shí)間短：一般為微妙級(jí)；一個(gè)ESD瞬態(tài)感應(yīng)電流在小于1ns的時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到峰值(依據(jù)IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn))l受環(huán)境影響大：特別是濕度；濕度上升則靜電積累減少，靜電壓下降；2011-02-114、ESD

4、的危害的危害：2011-02-114、ESD的危害：的危害： （1）ESD失效仿真失效仿真lESD失效：仿真人體帶8kV靜電放電，放電3次；放大3000倍；2011-02-114、ESD的危害：的危害： （2）硬損傷和軟損傷）硬損傷和軟損傷l硬損傷：器件直接不能工作；l軟損傷：ESD減弱了單板性能，但仍能測(cè)試通過(guò)；單板或器件的性能變差；直至失效；2011-02-114、ESD的危害：的危害： （3）半導(dǎo)體的耐靜電特性）半導(dǎo)體的耐靜電特性l人體靜電可以摧毀任何一個(gè)常用半導(dǎo)體器件。2011-02-114、ESD的危害：的危害： ESD失效帶來(lái)的影響失效帶來(lái)的影響l內(nèi)部損失：金錢(qián)、時(shí)間l外部損失：信

5、譽(yù)、客戶滿意度2011-02-11二二. 靜電控制：靜電控制：l1、為什么要進(jìn)行ESD控制？l2、控制什么？l3、怎樣控制？l4、硬件開(kāi)發(fā)人員力所能及的有哪些？2011-02-111、為什么要進(jìn)行、為什么要進(jìn)行ESD控制？控制？l金錢(qián)；l時(shí)間；l信譽(yù)；l客戶滿意度2011-02-112、控制什么？、控制什么？l靜電不能被消除，只能被控制；l目標(biāo)：讓我們的產(chǎn)品不受ESD損傷！2011-02-113、怎樣控制？、怎樣控制？l堵； 從機(jī)構(gòu)上做好靜電的防護(hù)，用絕緣的材料把PCB板密封在外殼內(nèi)，不論有多少靜電都不能到釋放到PCB上。l導(dǎo)； 有了ESD，迅速讓靜電導(dǎo)到PCB板的主GND上，可以消除一定能力

6、的靜電。2011-02-114、硬件開(kāi)發(fā)人員力所能及的有哪些？、硬件開(kāi)發(fā)人員力所能及的有哪些？ （1）整機(jī)級(jí)的堵和導(dǎo)；）整機(jī)級(jí)的堵和導(dǎo)；l1、外殼和裝飾件：金屬以及可導(dǎo)電的電鍍材料等，屬于容易吸引和聚集靜電的材料；ESD要求很高的項(xiàng)目要盡可能避免使用這些材料；l2、必須使用導(dǎo)體材料時(shí)：結(jié)構(gòu)上要事先預(yù)留有效而布局均勻的接地點(diǎn)；一般來(lái)說(shuō)，頂針或者金屬?gòu)椘慕拥匦Ч麅?yōu)于導(dǎo)電泡棉和導(dǎo)電布；l3、無(wú)法做接地處理的例如電鍍側(cè)鍵等，需要重點(diǎn)在主板上做特別處理；包括（1）增加壓敏電阻、TVS或者電容等器件；（2）預(yù)留GND管腳；（3）板邊露銅吸引靜電放電；l4、外殼上的金屬件，距離器件和走線必須大于2.2mm

7、以上距離；l5、堆疊上避免器件裸露于孔、縫邊；如果無(wú)法避免的話，則要在組裝上想辦法堵；常見(jiàn)的做法有粘貼高溫膠帶或者防靜電膠帶等阻隔；所有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要留有增加隔離片的空間；l6、硬件和結(jié)構(gòu)上實(shí)在無(wú)法處理的ESD問(wèn)題，有時(shí)候還能求助于軟件或者商務(wù)的兄弟們；2011-02-114、硬件開(kāi)發(fā)人員力所能及的有哪些？、硬件開(kāi)發(fā)人員力所能及的有哪些？ （2）主板級(jí)的堵和導(dǎo)；）主板級(jí)的堵和導(dǎo)；l1、增大PCB板材面積，以增加GND面積，增強(qiáng)其中和靜電的能力；成本或者差異化的堆疊讓我們做小：！l2、實(shí)在很小的主板，則必須要有至少一層完整的GND層；并且要能夠跟電池地腳保持良好的連接；我們常常因?yàn)槌杀緹o(wú)法做到留出

8、完整的地層；l3、很小的主板，因?yàn)橹靼宓闹泻碗姾赡芰τ邢?，則要多考慮從整機(jī)上堵，少考慮導(dǎo)；l4、器件選擇上，要選用高耐ESD的器件；靜電保護(hù)器件在選擇時(shí)需要考慮其容性，避免不合適的容性導(dǎo)致其所保護(hù)信號(hào)線的信號(hào)本身的失效；l5、器件擺放時(shí)，容易被ESD影響的器件，盡量罩在屏蔽罩中；l6、屏蔽罩必須保證有效而分布均勻的接地！要較為直接的接到主地上，盲孔直接結(jié)合埋孔；要四周分布均勻地接地；l7、對(duì)IO口和鍵盤(pán)等容易暴露的部分電路，必須增加靜電保護(hù)器件；2011-02-114、硬件開(kāi)發(fā)人員力所能及的有哪些？、硬件開(kāi)發(fā)人員力所能及的有哪些？ （2）主板級(jí)的堵和導(dǎo)；）主板級(jí)的堵和導(dǎo)；l8、器件擺放上，必須

9、遵守就近釋放的原則，ESD保護(hù)器件應(yīng)靠近IO和側(cè)鍵等擺放；其次是跨在中間路上；避免靠近芯片擺放；這樣能夠減少ESD脈沖信號(hào)進(jìn)入附近線路的瞬態(tài)耦合；雖然沒(méi)有直接的連接，但是這種二次輻射效應(yīng)也會(huì)讓其他部分工作紊亂；l9、Layout走線必須遵守有效保護(hù)的原則；走線應(yīng)該從接口處先走到TVS處，然后才能走到CPU等芯片處；遠(yuǎn)遠(yuǎn)地“掛”在信號(hào)線上的靜電保護(hù)器件，會(huì)因?yàn)橐€寄生電感過(guò)大而導(dǎo)致保護(hù)失效，讓保護(hù)形同虛設(shè)；l10、TVS管的接地腳與主地之間的連接必須盡可能的短，減小接地平面的寄生電感；l11、TVS器件應(yīng)該盡可能靠近連接器以減少進(jìn)入附近線路的瞬態(tài)耦合。雖然沒(méi)有到達(dá)連接器的直接通路，但這種二次輻射

10、效應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致電路板其它部分的工作紊亂。 2011-02-114、硬件開(kāi)發(fā)人員力所能及的有哪些？、硬件開(kāi)發(fā)人員力所能及的有哪些？ （2）主板級(jí)的堵和導(dǎo)；）主板級(jí)的堵和導(dǎo)；l12、避免在板邊走重要的信號(hào)線；例如時(shí)鐘、復(fù)位信號(hào)；l13、主板上未使用的地方盡可能的鋪成地；并且連接到主地上；多鋪地減小了信號(hào)與地之間的間距，相當(dāng)于減小信號(hào)的回路面積；（該面積越大，所包含的場(chǎng)流量越大，其感應(yīng)電流也越大）l14、需要注意ESD對(duì)地層的直接放電有可能損壞敏感電路。在使用TVS二極管的同時(shí)還要使用一個(gè)或多個(gè)高頻旁路電容器，這些電容器放置在易損元件的電源和地之間。旁路電容減少了電荷注入，保持了電源與接地端口的電壓差

11、。l15、電源走在主板中間比在板邊好； 地布局在板中間比板邊好；2011-02-11三三. ESD糾錯(cuò)方法和補(bǔ)救措施：糾錯(cuò)方法和補(bǔ)救措施：l由于ESD控制的復(fù)雜性，即使經(jīng)驗(yàn)非常豐富的工程師也很難做到萬(wàn)無(wú)一失；對(duì)于進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)才發(fā)現(xiàn)ESD問(wèn)題的產(chǎn)品，能夠準(zhǔn)確及時(shí)的補(bǔ)救，是十分重要的！2011-02-111、糾錯(cuò)的原則及步驟：、糾錯(cuò)的原則及步驟：找出放電路徑找出放電路徑l機(jī)器ESD通不過(guò)是一個(gè)很頭疼的問(wèn)題，可以通過(guò)一些步驟找出是哪里導(dǎo)致ESD不過(guò)的；l1、仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；注意電弧的放電強(qiáng)度以及放電方向，讓靜電槍從不同的方向靠近同一個(gè)放電點(diǎn)，看看其電弧現(xiàn)象有何不同，分析靜電是如何進(jìn)入機(jī)身的，假設(shè)其

12、可能的放電路徑；l2、逐漸增加或者減少放電電壓，以便記錄下該失效點(diǎn)是在哪個(gè)電壓區(qū)間失效的；要有條不紊的實(shí)驗(yàn)，并且記錄數(shù)據(jù)；例如在空氣放電測(cè)試時(shí)，如果8kV不能通過(guò)，向下打6kV、4kV；如果8kV能夠通過(guò)，向上打10kV、12kV、15kV；l3、一臺(tái)樣機(jī)的現(xiàn)象總是帶有隨機(jī)性，需要對(duì)幾臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行同樣的測(cè)試，找出失效的共性現(xiàn)象，以便準(zhǔn)確判斷失效原因；l4、根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，判斷失效原因。由于ESD 的失效原因是多種多樣的，所以由一個(gè)現(xiàn)象可能分析出幾種不同的原因，其中的某一個(gè)或某幾個(gè)引起手機(jī)ESD失效。這需要工程師進(jìn)行更深一步的分析，針對(duì)每一種可能進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)，最終找出失效的真正原因。 我們常

13、常希望能一針見(jiàn)血的解決問(wèn)題，但是常常碰到需要多劑藥物同時(shí)下才能解決問(wèn)題，所以我們?cè)诮鉀QESD問(wèn)題時(shí)要不怕麻煩和枯燥；2011-02-112、補(bǔ)救措施：、補(bǔ)救措施：堵、導(dǎo)、換器件堵、導(dǎo)、換器件l如果不是萬(wàn)不得已，盡量找到較好的補(bǔ)救措施，使產(chǎn)品不至于從新設(shè)計(jì)。分析失效原因之后，必須認(rèn)真尋找最恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施。 l必須做大量的試驗(yàn)來(lái)尋找解決方案，這是一個(gè)反復(fù)而枯燥的過(guò)程，針對(duì)不同的原因采用不同的方法，如：l1、堵：l（1）去掉某些金屬件的接地彈片、頂針或者泡棉；l（2）添加絕緣膠帶或者防靜電膠帶；l（3）更改表面處理工藝，將導(dǎo)電的表面處理更改為不導(dǎo)電的表面處理；l2、導(dǎo)：l（1）實(shí)驗(yàn)刮開(kāi)PCB增加露銅吸收靜電，驗(yàn)證有效則更改量產(chǎn)數(shù)據(jù)；l（2）加導(dǎo)電布或者導(dǎo)電泡棉釋放靜電；l（3）增加壓敏電阻、增加pF級(jí)小電容、將壓敏電阻更改為T(mén)VS管等方