ESD究竟是什麼
？靜電放電(ESD)定義為，給或者從原先已經有靜電(固定的)的電荷(電子不足或過剩)放電(電子流)。電荷在兩種條件下是穩定的：

 

當它“陷入”導電性的但是電氣絕緣的物體上，如，有塑料柄的金屬的螺絲起子。

 

當它居留在絕緣表麵(如塑料)，不能在上麵流動時。

 

可是
，如果帶有足夠高電荷的電氣絕緣的導體(螺絲起子)靠近有相反電勢的集成電路(IC)時，電荷“跨接”
，引起靜電放電(ESD)。

 

ESD以極高的強度很迅速地發生

，通常將產生足夠的熱量熔化半導體芯片的內部電路，在電子顯微鏡下外表象向外吹出的小?彈孔
，引起即時的和不可逆轉的損壞。

 

更加嚴重的是，這種危害隻有十分之一的情況壞到引起在最後測試的整個元件失效。其它90%的情況

，ESD損壞隻引起部分的降級 - 意yi味wei著zhe損sun壞huai的de元yuan件jian可ke毫hao無wu察cha覺jiao地di通tong過guo最zui後hou測ce試shi，而er隻zhi在zai發fa貨huo到dao顧gu客ke之zhi後hou出chu現xian過guo早zao的de現xian場chang失shi效xiao。其qi結jie果guo是shi最zui損sun聲sheng譽yu的de
，對dui一yi個ge製zhi造zao商shang糾jiu正zheng任ren何he製zhi造zao缺que陷xian最zui付fu代dai價jia的de地di方fang。

 

可是，控製ESD的主要困難是，它是不可見的，但又能達到損壞電子元件的地步。產生可以聽見“嘀噠”一聲的放電需要累積大約2000伏的相當較大的電荷，而3000伏可以感覺小的電擊，5000伏可以看見火花。

 

例如，諸如互補金屬氧化物半導體(CMOS, complementary metal oxide semiconductor)或電氣可編程隻讀內存(EPROM, electricall programmable read-only memory)這些常見元件

，可分別被隻有250伏和100伏的ESD電勢差所破壞，而越來越多的敏感的現代元件，包括奔騰處理器
，隻要5伏就可毀掉。

 

該問題被每天的引起損害的活動複合在一起。例如，從 乙烯基的工廠地板走過
，在地板表麵和鞋子之間產生摩擦。其結果是純電荷的物體，累積達到3~2000伏的電荷，取決於局部空氣的相當濕度。

 

甚至工人在台上的自然移動所形成的摩擦都可產生400~6000伏。如果在拆開或包裝泡沫盒或泡泡袋中的PCB期間

，工人已經處理絕緣體，那麼在工人身體表麵累積的淨電荷可達到大約26000伏。

 

因此
，作為主要的ESD危害來源，所有進入靜電保護區域(EPA, electrostatic protected area)的工作人員必須接地，以防止任何電荷累積，並且所有表麵應該接地，以維持所有東西都在相同的電勢，防止ESD發生。

 

用來防止ESD的主要產品是碗帶(wristband)，有卷毛燈芯絨和耗散性表麵或墊料 - 兩者都必須正確接地。另外的輔助物諸如耗散性鞋類或踵帶和合適的衣服，都是設計用來防止人員在靜電保護區域(EPA)移動時累積和保持淨電荷。

 

在裝配期間和之後，PCB也應該防止來自內部和外表運輸中的ESD。有許多電路板包裝產品可用於這方麵，包括屏蔽袋、裝運箱和可移動推車。雖然以上設備的正確使用將防止90%的ESD有關的問題，但是為了達到最後10%，需要另一種保護：離子化。

 

中和那些可產生靜電電荷的裝配設備和表麵的最有效方法是使用離子發生器(ionizer) - 一種設備吹出離子化空氣流在工作區域，來中和累積在絕緣材料上的任何電荷。

 

一(yi)個(ge)常(chang)見(jian)的(de)謬(miu)論(lun)是(shi)認(ren)為(wei)因(yin)為(wei)在(zai)工(gong)作(zuo)站(zhan)帶(dai)上(shang)了(le)碗(wan)帶(dai)，該(gai)區(qu)域(yu)的(de)絕(jue)緣(yuan)體(ti)，如(ru)聚(ju)苯(ben)乙(yi)烯(xi)杯(bei)或(huo)紙(zhi)板(ban)盒(he)，所(suo)帶(dai)的(de)電(dian)荷(he)將(jiang)安(an)全(quan)地(di)消(xiao)散(san)。按(an)定(ding)義(yi)，絕(jue)緣(yuan)體(ti)不(bu)會(hui)導(dao)電(dian)，除(chu)了(le)通(tong)過(guo)離(li)子(zi)化(hua)不(bu)可(ke)能(neng)放(fang)電(dian)。

 

如果一個帶電荷的絕緣體保留在EPA，它將輻射一個靜電場
，引發淨電荷到任何附近的物體上，因此增加對產品的ESD損壞的危險性。雖然許多製造商企圖從其EPA禁止絕緣材料，但這個方法是很難實施的。絕緣材料是日常生活中太多的一部分 - 從操作員坐落舒適的泡沫墊，到塑料蓋中的一些東西。

 

由於離子發生器的使用
，製造商可以接受一些絕緣材料在其EPA中出現的事實。因為離子發生係統連續地中和可能發生在絕緣體上麵的任何電荷累積，所以對於任何的ESD計劃，它們都是合理的投資。

 

 

標準電子裝配中的離子發生設備有兩種基本的形式：

 

 

xuanzejuedingyuxuyaobaohuquyudedaxiao。zhuomianxinglizifashengqijiangfugaidanyidenggongzuobiaomian，erguodingshilizifashengqijiangfugailianghuosange。lingyigeyoudianshilizifashengqiyekefangzhihuichenjingdianfuzheyuchanpin，kenengshiwaiguanjiangji。

 

可是，如果沒有對ESD設備有效性的正常測試和監測
，那麼沒有一個保護計劃是完善的。一流的ESD控製和離子化專家報告了使用失效的(因此是無用的)ESD設備而不知其失效的製造商的例子。

 

為了防止這種情況，除了標準的ESD設備，ESDgongyingshanghaitigonggezhonghengdingjianceqi，ruguoyixiangbiaoxianchaochuguidingjizidongbaojing。jianceqikeyongzuoyigedulidanyuanhuozaiwangluozhonglianjiezaiyiqi。yeyouzidongshujucaijidewangluoruanjian，shishixianshiyouguancaozuoyuanhegongzuozhandexitongbiaoxian。

 

監測器可通過消除許多日常任務來簡化ESD計劃
，如保證碗帶每天適當測量，離子發生器的平衡與正確維護，工作台接地點沒有損壞。

 

 

防止ESD的第一步是正確評價如果忽視
，怎樣小的細節可能造成不可修複的損壞。一個有效的計劃要求不僅使用有效的ESD保護設備，而且嚴密的運作程序來保證所有工廠地麵人員的行為是ESD安全的。

 

suiranxuduozhizaoshangshiyongzidongwandaiceshiyi，danchangchangkeyikandaocaozuoyuanyinweiwandaitaisongerhuozhetongguoceshihuozheshixiao。xuduocaozuoyuanqitutongguoyonglingyizhishoujiandanzhuazheceshiyikaojinqishouwanlaitongguoceshi。

 

 

靜電放電（ESD）會給電子產品帶來致命的危害，它不僅降低了產品的可靠性
，增加了維修成本，而且不符合歐洲共同體規定的工業標準EN61000-4-2，產品就不能夠在歐洲銷售。所以電子設備製造商通常會在電路設計的初期就考慮ESD保護。本文將討論ESD保護電路的幾種方法。

 

 

ESD基本上可以分為三種類型：一是各種機器引起的ESD
，二是家俱移動或設備移動引起的ESD，三是人體接觸或設備移動引起的ESD。這三種種ESD對於半導體器件的生產和電子產品的生產都非常重要。電子產品在使用過程最容易受到第三種ESD的損壞
，便攜式電子產品尤其容易受到人體接觸產生的ESD的損壞。在一般情況下ESD會損壞與之相連的接口器件
，另一種情況是遭受ESD衝擊後的器件可能不會立即損壞，而是性能下降導致產品過早出現故障。

 

當集成電路（IC）經受ESD時shi
，放fang電dian回hui路lu的de電dian阻zu通tong常chang都dou很hen小xiao，無wu法fa限xian製zhi放fang電dian電dian流liu。例li如ru將jiang帶dai靜jing電dian的de電dian纜lan插cha到dao電dian路lu接jie口kou上shang時shi，放fang電dian回hui路lu的de電dian阻zu幾ji乎hu為wei零ling
，造zao成cheng高gao達da數shu十shi安an培pei的de瞬shun間jian放fang電dian尖jian峰feng電dian流liu
，流liu入ru相xiang應ying的deIC管腳。瞬間大電流會嚴重損傷 IC
，局部發熱的熱量甚至會融化矽片管芯。ESD對IC的損傷還包括內部金屬連接被燒斷，鈍化層受到破壞，晶體管單元被燒壞。ESD還會引起IC的死鎖（LATCHUP）。這種效應和CMOS器件內部的類似可控矽的結構單元被激活有關。高電壓可激活這些結構，形成大電流信道，一般是從VCC到地。串行接口器件的死鎖電流可高達1A。死鎖電流會一直保持，直到器件被斷電。不過到那時，IC通常早已因過熱而燒毀了。ESD衝擊後可能存在兩個不易被發現的問題
，一般用戶和IEC測試機構使用傳統的“環路反饋方法”和“插入方法”進行測試
，通常檢測不出這兩個問題。

 

一個問題是RS-232接口電路中接收器對發送器產生交叉串擾。同類產品RS -232接口電路中的ESD保護結構可能對某種波形的ESD或某個ESD衝擊電壓失效
，經過ESD衝擊後在接收器輸入端和發送器輸出端之間形成通路，從而導致接收器對發送器產生交調（圖1）。如果RS-232接口電路中有關斷電路，那麼關斷期間經過ESD衝擊後更容易產生交調。產生交調後將導致通信失敗
，而且即使關斷工作狀態下發送器仍有輸出
，導致關斷失效，使對方RS-232處在接收狀態。

 

另一個問題是RS-232接口電路對電源產生反向驅動。某些RS-232接口電路中的ESD保護結構經過ESD衝擊後可能在輸入端與供電電源VCC之間形成電流通路（圖2），對供電電源產生反向驅動。如果供電電源沒有吸入電流的能力（通常來講電源輸出回路裏有一個正向二極管），這將導致電源電壓VCC上升，從而損壞RS-232接口電路和係統內的其它電路。因為RS-232接口電路輸入端的電壓在5V到25V之間，使VCC有可能高於9V，超出電源電壓的最大範圍而燒壞電路。ESD保護電路最有效的保護措施是介質隔離：用絕緣介質把內部電路和外界隔離開。1mm厚的普通塑料如PVC
，聚酯或ABS能夠保護8KV的ESD。但是實際的介質不可能沒有間隙和接縫，所以材料的蠕變和間隙距離非常重要。LCD顯示屏，觸摸屏等都有很厚的邊角（12mm）隔離內部電路。

 

ESD保護的第二個方法是屏蔽，防止大的ESD電流衝擊內部電路。ESD衝擊金屬屏蔽外殼時
，最初幾毫秒會比保護地電壓高出許多
，屏蔽外殼電壓會隨著ESD電荷的轉移而下降，所以最初的幾毫秒內會對內部電路產生二次ESD衝擊，所以僅僅使用外部屏蔽還不夠，內部電路與屏蔽外殼必須共地，或者把內部電路進行介質隔離。電氣隔離也是抑製ESD衝擊的一種有效方法，PCB板上安裝光耦合器或者變壓器，雖然不能完全消除ESD的衝擊，但是結合介質隔離和屏蔽可以很好的抑製EDS衝擊，光耦合器和變壓器尤其適合電源部分。信號通路最好的隔離是光纖，無線和紅外線方式。

 

以上內容轉載自電子工程專輯。