esd BASIC KNOWLEDGE

電路板設計抗ESD規則（一）
　　許多産品設計工程師通常在産品進入到生産環節時才著手考慮抗靜電釋放(ESD)的問題。如果電子設備不能通過抗靜電釋放測試，他們就會加班加點找尋不破壞原有設計的解決方案。然而，最終的方案通常都要採用昂貴的元器件，還要在製造過程中採用手工裝配，甚至需要重新設計，因此，産品的進度勢必受到影響。 即使對經驗豐富的工程師和設計工程師，也可能並不知道設計中的哪些部分有利於抗ESD。大多數電子設備在生命期內99%的時間都處於一個充滿ESD的環境之中，ESD可能來自人體、家具、甚至設備自身內部。電子設備完全遭受ESD損毀比較少見，然而ESD干擾卻很常見，它會導致設備鎖死、重定、資料丟失和不可靠。其結果可能是：在寒冷乾燥的冬季電子設備經常出現故障現象，但是維修時又顯示正常，這樣勢必影響用戶對電子設備及其製造商的信心。
ESD産生的機理
　　要防止ESD，首先必須知道ESD是什麽以及ESD進入電子設備的過程。一個充電的導體接近另一個導體時，就有可能發生ESD。首先，兩個導體之間會建立一個很強的電場，産生由電場引起的擊穿。兩個導體之間的電壓超過它們之間空氣和絕緣介質的擊穿電壓時，就會産生電弧。在0.7ns到10ns的時間裏，電弧電流會達到幾十安培，有時甚至會超過100安培。電弧將一直維持直到兩個導體接觸短路或者電流低到不能維持電弧爲止,ESD的産生取決於物體的起始電壓、電阻、電感和寄生電容：
　　1. 可能産生電弧的實例有人體、帶電器件和機器。
　　2. 可能産生尖峰電弧的實例有手或金屬物體。
　　3. 可能産生同極性或者極性變化的多個電弧的實例有家具。 ESD可以通過五種耦合途徑進入電子設備：
　　1. 初始的電場能容性耦合到表面積較大的網路上，並在離ESD電弧100mm處産生高達4000V/m的高壓。
　　2. 電弧注入的電荷/電流可以産生以下的損壞和故障：
　　a. 穿透元器件內部薄的絕緣層，損毀MOSFET和CMOS元器件的柵極(常見)。b. CMOS器件中的觸發器鎖死(常見)。c. 短路反偏的PN結(常見)。d. 短路正向偏置的PN結(少見)。e. 熔化有源器件內部的焊接線或鋁線(少見)。
　　3. 電流會導致導體上産生電壓脈衝(V=L×dI/dt)，這些導體可能是電源、地或信號線，這些電壓脈衝將進入與這些網路相連的每一個元器件(常見)。
　　4. 電弧會産生一個頻率範圍在1MHz到500MHz的強磁場，並感性耦合到臨近的每一個佈線環路，在離ESD電弧100mm遠的地方産生高達15A/m的電流。
　　5. 電弧輻射的電磁場會耦合到長的信號線上，這些信號線起到接收天線的作用(少見)。
ESD會通過各種各樣的耦合途徑找到設備的薄弱點。ESD頻率範圍寬，不僅僅是一些離散的頻點，它甚至可以進入窄帶電路中。爲了防止ESD干擾和損毀，必須隔離這些路徑或者加強設備的抗ESD能力。表1描述了對可能出現的ESD的防範措施以及發揮作用的場合
防患於未然
　　塑膠機箱、空氣空間和絕緣體可以遮罩射向電子設備的ESD電弧。除利用距離保護以外，還要建立一個擊穿電壓爲20kV的抗ESD環境。
　　A1. 確保電子設備與下列各項之間的路徑長度超過20mm。
　　1. 包括接縫、通風口和安裝孔在內任何用戶能夠接觸到的點。在電壓一定的情況下，電弧通過介質的表面比通過空氣傳播得更遠。
　　2. 任何用戶可以接觸到的未接地金屬，如緊固件、開關、操縱杆和指示器。
　　A2. 將電子設備裝在機箱凹槽或槽口處來增加接縫處的路徑長度。
　　A3.在機箱內用聚脂薄膜帶來覆蓋接縫以及安裝孔，這樣延伸了接縫/過孔的邊緣，增加了路徑長度。
　　A4.用金屬帽或者遮罩塑膠防塵蓋罩住未使用或者很少使用的連接器。
　　A5.使用帶塑膠軸的開關和操縱杆，或將塑膠手柄/套子放在上面來增加路徑長度。避免使用帶金屬固定螺絲的手柄。
　　A6.將LED和其他指示器裝在設備內孔裏，並用帶子或者蓋子將它們蓋起來，從而延伸孔的邊沿或者使用導管來增加路徑長度。
　　A7.延伸薄膜鍵盤邊界使之超出金屬線12mm，或者用塑膠企口來增加路徑長度。
　　A8. 將散熱器靠近機箱接縫，通風口或者安裝孔的金屬部件上的邊和拐角要做成圓弧形狀。
　　A9. 塑膠機箱中，靠近電子設備或者不接地的金屬緊固件不能突出在機箱中。
　　A10. 如果産品不能通過桌面/地面或者水平耦合面的間接ESD測試，可以安裝一個高支撐腳使之遠離桌面或地面。
　　A11.在觸摸橡膠鍵盤上，確保佈線緊湊並且延伸橡膠片以增加路徑長度。
　　A12.在薄膜鍵盤電路層周圍塗上粘合劑或密封劑。
　　A13.在機箱箱體接合處，要使用耐高壓矽樹脂或者墊圈實現密閉、防ESD、防水和防塵。
电路板设计抗ESD规则（一）
　　许多产品设计工程师通常在产品进入到生产环节时才着手考虑抗静电释放(ESD)的问题。如果电子设备不能通过抗静电释放测试，他们就会加班加点找寻不破坏原有设计的解决方案。然而，最终的方案通常都要采用昂贵的元器件，还要在制造过程中采用手工装配，甚至需要重新设计，因此，产品的进度势必受到影响。 即使对经验丰富的工程师和设计工程师，也可能并不知道设计中的哪些部分有利于抗ESD。大多数电子设备在生命期内99%的时间都处于一个充满ESD的环境之中，ESD可能来自人体、家具、甚至设备自身内部。电子设备完全遭受ESD损毁比较少见，然而ESD干扰却很常见，它会导致设备锁死、复位、数据丢失和不可靠。其结果可能是：在寒冷干燥的冬季电子设备经常出现故障现象，但是维修时又显示正常，这样势必影响用户对电子设备及其制造商的信心。
ESD产生的机理
　　要防止ESD，首先必须知道ESD是什么以及ESD进入电子设备的过程。一个充电的导体接近另一个导体时，就有可能发生ESD。首先，两个导体之间会建立一个很强的电场，产生由电场引起的击穿。两个导体之间的电压超过它们之间空气和绝缘介质的击穿电压时，就会产生电弧。在0.7ns到10ns的时间里，电弧电流会达到几十安培，有时甚至会超过100安培。电弧将一直维持直到两个导体接触短路或者电流低到不能维持电弧为止,ESD的产生取决于物体的起始电压、电阻、电感和寄生电容：
　　1. 可能产生电弧的实例有人体、带电器件和机器。
　　2. 可能产生尖峰电弧的实例有手或金属物体。
　　3. 可能产生同极性或者极性变化的多个电弧的实例有家具。 ESD可以通过五种耦合途径进入电子设备：
　　1. 初始的电场能容性耦合到表面积较大的网络上，并在离ESD电弧100mm处产生高达4000V/m的高压。
　　2. 电弧注入的电荷/电流可以产生以下的损坏和故障：
　　a. 穿透元器件内部薄的绝缘层，损毁MOSFET和CMOS元器件的栅极(常见)。b. CMOS器件中的触发器锁死(常见)。c. 短路反偏的PN结(常见)。d. 短路正向偏置的PN结(少见)。e. 熔化有源器件内部的焊接线或铝线(少见)。
　　3. 电流会导致导体上产生电压脉冲(V=L×dI/dt)，这些导体可能是电源、地或信号线，这些电压脉冲将进入与这些网络相连的每一个元器件(常见)。
　　4. 电弧会产生一个频率范围在1MHz到500MHz的强磁场，并感性耦合到临近的每一个布线环路，在离ESD电弧100mm远的地方产生高达15A/m的电流。
　　5. 电弧辐射的电磁场会耦合到长的信号线上，这些信号线起到接收天线的作用(少见)。
ESD会通过各种各样的耦合途径找到设备的薄弱点。ESD频率范围宽，不仅仅是一些离散的频点，它甚至可以进入窄带电路中。为了防止ESD干扰和损毁，必须隔离这些路径或者加强设备的抗ESD能力。表1描述了对可能出现的ESD的防范措施以及发挥作用的场合
防患于未然
　　塑料机箱、空气空间和绝缘体可以屏蔽射向电子设备的ESD电弧。除利用距离保护以外，还要建立一个击穿电压为20kV的抗ESD环境。
　　A1. 确保电子设备与下列各项之间的路径长度超过20mm。
　　1. 包括接缝、通风口和安装孔在内任何用户能够接触到的点。在电压一定的情况下，电弧通过介质的表面比通过空气传播得更远。
　　2. 任何用户可以接触到的未接地金属，如紧固件、开关、操纵杆和指示器。
　　A2. 将电子设备装在机箱凹槽或槽口处来增加接缝处的路径长度。
　　A3.在机箱内用聚脂薄膜带来覆盖接缝以及安装孔，这样延伸了接缝/过孔的边缘，增加了路径长度。
　　A4.用金属帽或者屏蔽塑料防尘盖罩住未使用或者很少使用的连接器。
　　A5.使用带塑料轴的开关和操纵杆，或将塑料手柄/套子放在上面来增加路径长度。避免使用带金属固定螺丝的手柄。
　　A6.将LED和其它指示器装在设备内孔里，并用带子或者盖子将它们盖起来，从而延伸孔的边沿或者使用导管来增加路径长度。
　　A7.延伸薄膜键盘边界使之超出金属线12mm，或者用塑料企口来增加路径长度。
　　A8. 将散热器靠近机箱接缝，通风口或者安装孔的金属部件上的边和拐角要做成圆弧形状。
　　A9. 塑料机箱中，靠近电子设备或者不接地的金属紧固件不能突出在机箱中。
　　A10. 如果产品不能通过桌面/地面或者水平耦合面的间接ESD测试，可以安装一个高支撑脚使之远离桌面或地面。
　　A11.在触摸橡胶键盘上，确保布线紧凑并且延伸橡胶片以增加路径长度。
　　A12.在薄膜键盘电路层周围涂上粘合剂或密封剂。
　　A13.在机箱箱体接合处，要使用耐高压硅树脂或者垫圈实现密闭、防ESD、防水和防尘。