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靜電

放電（ESD）的體驗，即使只是從地毯上走過然後觸控某些金屬部件也會在瞬間釋放積累起來的靜電。我們都曾抱怨在實驗室中使用導電毯、ESD靜電腕帶和其它要求來滿足工業ESD標準，也有不少人曾經因為粗心大意使用未受保護的電路而損毀昂貴的電子元件。

對某些工程師來說ESD是一種挑戰，因為需要在處理和組裝未受保護的電子元件時不能造成任何損壞。這是一種電路設計挑戰，因為需要保證系統承受住ESD的衝擊，之後仍能正常工作，更好的情況是經過ESD事件後不發生使用者可覺察的故障。

先來看看，靜電產生的原理

摩擦、碰撞、剝離、流動帶電、噴出帶電、攪拌帶電如滾輪移動、人員走動、油罐車洩油時、噴嘴噴出之溶劑、攪拌機靜電是由於處於不同帶電序列位置的物體之間接觸分離，使物體上正負電荷失去平衡而發生的現象。兩種介電係數不同的物質磨擦時，正負極性的電荷分別積累在兩個物體上而形成：當兩個物體接觸時，其中一個趨於從另一個吸引電子，因而二者會形成不同的充電電位。

摩擦起電是一個機械過程，依靠相對錶面移動傳送電量。傳送的電量取決於接觸的次數、表面粗糙度、溼度、接觸壓力、摩擦物質的摩擦特性以及相對運動速度。兩個帶上電荷的物體也就成了靜電源。就人體而言，衣服與面板之間的磨擦發生的靜電是人體帶電的主要原因之一。靜電源跟其它物體接觸時，依據電荷中和的原則，存在著電荷流動，傳送足夠的電量以抵消電壓。這個高速電量的傳送過程中，將產生潛在的破壞電壓、電流以及電磁場，嚴重時將其中物體擊毀。這就是靜電放電。

靜電感應帶電：

CRT顯示器電容改變壓電效應電磁輻射感應靜電只存在於物體表面，而非物體內部，絕緣體中的電荷只保持在產生靜電的那些區域，而不會出現在整個表面。因而絕緣體接地後不會失去這些電荷。與絕緣體相反，充電導體接地後便會失去自身電荷。如果將導體瞬間接地（例如，該物體被站立在地上的人觸控），那麼遠離帶電體表面的電荷就會釋放，則導體將帶正電荷。

ESD（靜電放電）的定義

靜電放電：

具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉移（GB/T4365-1995）”

ESD會導致電子裝置嚴重地損壞或操作失常。半導體專家以及裝置的使用者都在想辦法抑制

ESD

？靜電就是靜止的電荷。靜電的產生是由於電子在外力的作用下，從一個物體轉移到另一個物體或者是受外界磁場的影響而產生的極化現象？一種電能，是正電荷和負電荷在區域性範圍內失去平衡的結果。

隨著高科技的發展，靜電所造成的後果已突破了安全問題的界限。靜電放電造成的危害是在電子、通訊、航空以及一切應用現代電子裝置、儀器的場合下導致裝置運轉故障、訊號丟失、誤碼的直接原因之一。靜電放電電流有可能被直接耦合到電子裝置的資料線，訊號線，控制線等的總線上。在這種情況下，積體電路和特殊用途的積體電路就受到靜電放電的影響。

在1970年以前，很多靜電問題都是由於人們沒有ESD意識而造成的，即使現在也有很多人懷疑ESD會對電子產品造成破壞。這是因為大多數ESD損害發生在人的感覺以下，因為人體對靜電放電的感知電壓為3KV，而很多電子元件在幾百伏甚至幾十伏時就會損壞，通常電子器件被ESD損壞後沒有明顯的界限，把元件安裝在PCB上以後再檢測，結果出現很多問題，分析也相當困難。

特別是潛在的損壞，即使使用精密儀器也很難測量出其效能有明顯的變化，所以很多電子工程師和設計人員都懷疑ESD，但近年試驗證明，這種潛在損壞在一定時限以後，電子產品的可靠性明顯下降。

ESD對產品的危害

1、靜電的基本物理特性為：吸引或排斥，與大地有電位差，會產生放電電流。

2、靜電吸附灰塵，降低元件絕緣電阻（縮短壽命）。

3、靜電放電破壞，使元件受損不能工作（完全破壞）。

4、靜電放電電場或電流產生熱，使元件受傷（潛在損傷）。

5、靜電放電產生的電磁場幅度很大（達幾百伏/米）頻譜極寬（從幾十兆到幾千兆），對電子產品造成干擾甚至損壞（電磁干擾）ESD引起的器件擊穿，是電子工業最普遍，最嚴重的靜電危害。

6、靜電對電子產品損害的特點隱蔽性：人體不能直接感知靜電，除非發生靜電放電。人體也不一定能有電擊的感覺，這是因為人體感知的靜電放電電壓為2~3KV，所以靜電具有隱蔽性。

7、潛在性：有些電子元器件受到靜電損傷後的效能沒有明顯的下降，但多次積累放電會給器件造成內傷而形成隱患。因此靜電對器件的損傷具有潛在性。

8、隨機性：電子元件什麼情況下會遭受靜電破壞呢？可以這麼說，從一個元件產生以後，一直到它損壞以前，所有的過程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產生也具有隨機性，其損壞也具有隨機性。

9、複雜性：靜電放電損傷的實效分析工作，因電子產品的精，細，微小的結構特點而費時，費事，要求較高的技術並往往需要使用掃描電鏡等高精密儀器。

ESD實驗介紹

直接透過能量交換引起半導體器件的損壞。放電所引起的電場與磁場變化，造成裝置的誤動作。對不同試驗結果，可以根據該產品的工作條件和功能規範按以下內容分類：

A：技術要求範圍內的效能正常；

B：功能暫時降低或喪失，但可自行恢復效能；

C：功能暫時降低或喪失，要求操作人員干預或系統復位；

D：由於裝置（元件）或軟體的損壞或資料的喪失，而造成不可恢復的功能降低或喪失。

符合A的產品，試驗結果判合格。這意味著產品在整個試驗過程中功能正常，效能指標符合技術要求。

符合B的產品，試驗結果應視其產品標準、產品使用說明書或者試驗大綱的規定，當認為某些影響不重要時，可以判為合格。

符合C的產品，試驗結果除了特殊情況並且不會造成危害以外，多數判為不合格。

符合D的產品判別為不合格。

符合B和C的產品試驗報告中應寫明B類或C類評判依據。符合B類應記錄其喪失功能的時間。

ESD防護的主要目的

一、增加生產量

二、節省成本

三、產品可靠性較佳

四、產品壽命較長

基本方法

1、接地

：接地就是將靜電透過一條線的連線放入大地，這是防靜電措施中最直接最有效的。

導體常用的接地方法有：帶防靜電手腕及工作表面接地等。

2、靜電遮蔽

：靜電敏感元件在儲存或運輸過程中會暴露於有靜電的區域中，用靜電遮蔽的方法可削弱外界靜電對電子元件的影響。最通常的方法是用

靜電遮蔽袋

作為保護。

3、離子中和

：絕緣體往往是易產生靜電的，對絕緣體靜電的消除，用接地方法是無效的，通常採用的方法是離子中和，即在工作環境中使用

離子風機

，離子氣槍。

4、電路設計

I/O口電路的設計同樣受到PCB佈局及接地設計的影響。如圖第一幅圖的埠防護器件的接地和後端被保護的IC的地進行共地設計，這種設計一旦瞬態脈衝被鉗位卸放到地上面，由於這個地同時也是IC的參考地，很容易導致IC地電位抬高而出現異常；

改善方案主要有兩種

：如果系統是兩線制裝置（無地線）系統外殼也是非金屬材質，此地線設計也必須將IC的參考地和防護器件的地分開，不能共用在一起，但是由於此係統屬於無地線系統，可以採用這兩個部分分別鋪設不同的接地區域，然後使用Y電容將兩個區域的地線連線在一起。另外一種是系統有設計地線或者外殼屬於金屬外殼，這種情況就可以將防護器件的接地直接連到外殼地或者透過Y電容連線到外殼地，但是一定要和IC的參考地分開。

上面提到的PCB走線的設計導致防護電路失效的問題，透過圖就可以看到埠設計了TVS管防護ESD，但是如果佈線按照第一幅圖這樣走線，極易導致IC損壞，但是TVS管還沒有動作的，主要是由於現有的ESD或者EFT都是高頻干擾，走線阻抗大，所以對於埠的防護電路設計一定要遵守靠近埠的原則進行設計PCB。