1 何為靜電

 

靜電是物體表麵過剩或不足的靜止電荷。

 

1.靜電是一種電能
，它留存物體表麵。

 

靜電是正電荷 和負電荷在局部範圍內失去平衡的結果；

 

靜電是通過電子或離子轉移而形成的。

 

2.靜電現象是電荷的產生和消失的過程中產生的電現象的總稱。

 

 

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、對地或低阻的泄放途徑。

● D：靜電敏感器件。

 

3 靜電產生原理

 

電子圍繞原子核運動,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, 如動能,位能,熱能,化學能,電磁能等。

 

A原子因缺少電子數而帶有正電現象, 稱為陽離子。

 

B原子因增加電子數而帶有負電現象, 稱為陰離子。

 

 

4 靜電在電子工業中的危害

 

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：靜電放電時當放電電流過大(瞬時大電流可達幾十A), 產生過高熱能, 將會擊穿元件。

三種擊穿現象：

 

● 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幅度很大（可達幾百V/m）頻譜極寬（從幾十兆到幾千兆），對電子產品造成幹擾甚至損壞。

 

5 ESD測試標準

 

目前IEC 61000-4-2看作是 ESD 測試的事實標準。我國的國家標準（GB/T 17626.2-1998）等同於IEC 61000-4-2。

 

 

常用消費類的測試采用接觸4KV和空氣8KV，某些高標準行業如車載類，會采用8KV和空氣15KV。

 

6 電路級ESD防護標準

 

1.並聯放電器件

 

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ESD敏感器件。但是齊納二極管通常有幾十 pF 的電容
，這對於高速信號（例如 500MHz）而言，會引起信號畸變。齊納二極管對電源上的浪湧也有很好的吸收作用。

 

瞬變電壓消除器TVS(Transient Voltage Suppressor)：TVS 是一種固態二極管，專門用於防止 ESD 瞬態電壓破壞敏感的半導體器件。與傳統的齊納二極管相比， TVS 二極管 P/N 結麵積更大，這一結構上的改進使 TVS 具有更強的高壓承受能力，同時也降低了電壓截止率，因而對於保護手持設備低工作電壓回路的安全具有更好效果。

 

TVS二極管的瞬態功率和瞬態電流性能與結的麵積成正比。該二極管的結具有較大的截麵積
，可以處理閃電和 ESD所引起的高瞬態電流。TVS也會有結電容，通常0.3個pF到幾十個pF。TVS有單極性的和雙極性的，使用時要注意。

 

壓敏電阻：壓敏電阻也可以進行有效的瞬時高壓衝擊抑製，此類器件具有非線性電壓- 電流 ( 阻抗表現 ) 關係，截止電壓可達最初中止電壓的 2 ～ 3倍。這種特性適合用於對電壓不太敏感的線路和器件的靜電或浪湧保護
，如電源回路，按鍵輸入端等。壓敏電阻價格比TVS低不少，但是防護效果沒有TVS好，且壓敏電阻有壽命老化。

 

2.串聯阻抗

 

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

 

 

3.增加濾波網絡

 

用濾波器濾掉主要的能量也能達到靜電防護的目的。

 

 

對於低頻信號
，如GPIO輸入，ADC
，音頻輸入可以用1k+1000PF的電容來做靜電防護，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（下麵講的複合防護措施），效果更好
，經驗證明這樣防護效果有時超過TVS。

 

對於射頻天線的微波信號，如果用TVS管，壓敏等容性器件來做靜電防護，射頻信號會被衰減
，因此要求TVS的電容很低，這樣增加ESD措施的成本。對於微波信號可以對地並聯一個幾十nH的電感來為靜電提供一個放電通道，對微波信號幾乎沒有影響，對於900MHZ和1800MHz的手機經常用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.多層板進行ESD防護

 

當資金允許的情況下，選擇多層板也是一種有效防止ESD的一種手段。在多層板中，由於有了一個完整的地平麵靠近走線，這樣可以使ESD更加快捷的耦合到低阻抗平麵上，進而保護關鍵信號的作用。

 

5.電路板外圍留保護帶

 

這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)通(tong)常(chang)是(shi)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)周(zhou)圍(wei)畫(hua)出(chu)不(bu)加(jia)組(zu)焊(han)層(ceng)的(de)走(zou)線(xian)。在(zai)條(tiao)件(jian)允(yun)許(xu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)將(jiang)該(gai)走(zou)線(xian)連(lian)接(jie)至(zhi)外(wai)殼(ke)，同(tong)時(shi)要(yao)注(zhu)意(yi)該(gai)走(zou)線(xian)不(bu)能(neng)構(gou)成(cheng)一(yi)個(ge)封(feng)閉(bi)的(de)環(huan)，以(yi)免(mian)形(xing)成(cheng)環(huan)形(xing)天(tian)線(xian)而(er)引(yin)入(ru)更(geng)大(da)的(de)麻(ma)煩(fan)。

 

總之ESD雖然可怕
，甚至會帶來嚴重後果，但是，隻要保護好電路上電源和信號線
，那麼就能有效的防止ESD的電流流入PCB中。以上內容供大家參考
，希望能給您帶來幫助。

 

 

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