关于ESD的常识及防护

Colbie

关于ESD的常识及防护

+ J" T7 a+ M! X1 c6 g) C& f

ESD是Electro Static Discharge英文的缩写，中文含义即静电放电：处于不同电位的两个物体之间，由于直接接触或静电场感应导致的电荷传输（转移）。可见，静电与静电放电（ESD）是完全不同的物理概念或物理过程。一个是“静”，一个是“动”。 伴随着静电放电，往往有电量的转移、电流的产生和电磁场辐射。

一、何为静电

静电是物体表面过剩或不足的静止电荷。

1.静电是一种电能，它留存物体表面。

静电是正电荷 和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；

静电是通过电子或离子转移而形成的。

2.静电现象是电荷的产生和消失的过程中产生的电现象的总称。

二、静电放电三要素

Q+M+D=ESD

● Q：一定积累的静电荷。

● M：放电途径，如金属接触、对地或低阻的泄放途径。

● D：静电敏感器件。

三、静电产生原理

电子围绕原子核运动，一有外力即脱离轨道，离开原来的原子而侵入其他的原子。

外力包含各种能量， 如动能，位能，热能，化学能，电磁能等。

A原子因缺少电子数而带有正电现象， 称为阳离子。

B原子因增加电子数而带有负电现象， 称为阴离子。

四、静电在电子工业中的危害

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，使元件受损不能正常工作：静电放电时当放电电流过大（瞬时大电流可达几十A）， 产生过高热能， 将会击穿元件。

三种击穿现象：

● 热击穿：P-N破坏；

● 介电击穿： 氧化层的破坏；

● 金属汽化： 金属线被汽化而开路。

3.静电放电辐射的电磁场幅度很大（可达几百V/m）频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子产品造成干扰甚至损坏。

五、ESD测试标准

目前IEC 61000-4-2看作是 ESD 测试的事实标准。我国的国家标准（GB/T 17626.2-1998）等同于IEC 61000-4-2。

9 A! x: W" [. U, j9 P2 n4 I' a

常用消费类的测试采用接触4KV和空气8KV，某些高标准行业如车载类，会采用8KV和空气15KV。

六、电路级ESD防护标准

1.并联放电器件

常用的放电器件有TVS，齐纳二极管，压敏电阻，气体放电管等。

齐纳二极管（Zener Diodes） ：利用齐纳二极管的反向击穿特性可以保护ESD敏感器件。但是齐纳二极管通常有几十 pF 的电容，这对于高速信号（例如 500MHz）而言，会引起信号畸变。齐纳二极管对电源上的浪涌也有很好的吸收作用。

瞬变电压消除器TVS（Transient Voltage Suppressor）：TVS 是一种固态二极管，专门用于防止 ESD 瞬态电压破坏敏感的半导体器件。与传统的齐纳二极管相比， TVS 二极管 P/N 结面积更大，这一结构上的改进使 TVS 具有更强的高压承受能力，同时也降低了电压截止率，因而对于保护手持设备低工作电压回路的安全具有更好效果。

TVS二极管的瞬态功率和瞬态电流性能与结的面积成正比。该二极管的结具有较大的截面积，可以处理闪电和 ESD所引起的高瞬态电流。TVS也会有结电容，通常0.3个pF到几十个pF。TVS有单极性的和双极性的，使用时要注意。

压敏电阻：压敏电阻也可以进行有效的瞬时高压冲击抑制，此类器件具有非线性电压- 电流 （ 阻抗表现 ） 关系，截止电压可达最初中止电压的 2 ～ 3倍。这种特性适合用于对电压不太敏感的线路和器件的静电或浪涌保护，如电源回路，按键输入端等。压敏电阻价格比TVS低不少，但是防护效果没有TVS好，且压敏电阻有寿命老化。

2.串联阻抗

一般可以通过串联电阻或者磁珠来限制ESD放电电流，达到防静电的目的。如图。如手机的高输入阻抗的端口可以串1K欧电阻来防护，如ADC，输入的GPIO，按键等。

3.增加滤波网络

用滤波器滤掉主要的能量也能达到静电防护的目的。

1 ]: q4 ?6 s- R

对于低频信号，如GPIO输入，ADC，音频输入可以用1k+1000PF的电容来做静电防护，成本可以忽略，性能不比压敏电阻差，如果用1K+50PF的压敏电阻（下面讲的复合防护措施），效果更好，经验证明这样防护效果有时超过TVS。

对于射频天线的微波信号，如果用TVS管，压敏等容性器件来做静电防护，射频信号会被衰减，因此要求TVS的电容很低，这样增加ESD措施的成本。对于微波信号可以对地并联一个几十nH的电感来为静电提供一个放电通道，对微波信号几乎没有影响，对于900MHZ和1800MHz的手机经常用22nH的电感。这样能把静电主要能量频谱上的能量吸收掉很多。

4.多层板进行ESD防护

当资金允许的情况下，选择多层板也是一种有效防止ESD的一种手段。在多层板中，由于有了一个完整的地平面靠近走线，这样可以使ESD更加快捷的耦合到低阻抗平面上，进而保护关键信号的作用。

5.电路板外围留保护带

这种方法通常是在电路板周围画出不加组焊层的走线。在条件允许的情况下将该走线连接至外壳，同时要注意该走线不能构成一个封闭的环，以免形成环形天线而引入更大的麻烦。

总之ESD虽然可怕，甚至会带来严重后果，但是，只要保护好电路上电源和信号线，那么就能有效的防止ESD的电流流入PCB中。以上内容供大家参考，希望能给您带来帮助。

到这里，关于《关于ESD的常识及防护》已经说完了，该内容是云汉芯城小编通过网络搜集资料整理而成，如果你还想了解更多关于电子元器件的相关知识及电子元器件行业实时市场信息，

5 s1 c4 p* E1 S6 b  u0 A  A

alahaalahaalaha