靜電是物體表面的靜態(tài)電荷。物體接觸.摩擦.分離.在電解過(guò)程中，當(dāng)電子或離子轉(zhuǎn)移時(shí)，正負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡，形成靜電。當(dāng)物體表面的靜電場(chǎng)梯度達(dá)到一定程度，正負(fù)電荷中和時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)靜電放電（ESD）。靜電放電可以出現(xiàn)在兩個(gè)物體之間，也可以通過(guò)電荷直接從物體表面放電到空氣中。

1.靜電放電的危害

靜電作為一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，近十年來(lái)隨著集成電路的快速發(fā)展和聚合物材料的廣泛應(yīng)用，靜電的作用力.放電和感應(yīng)造成的危害非常嚴(yán)重。據(jù)美國(guó)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)電子行業(yè)部門(mén)每年因靜電危害損失高達(dá)100億美元，英國(guó)電子產(chǎn)品每年因靜電損失為20億英鎊。日本電子元器件不合格產(chǎn)品的危害不少于45%，因?yàn)殪o電放電（ESD）造成的。

問(wèn)題的嚴(yán)重性在于很多人對(duì)靜電危害認(rèn)識(shí)不足，對(duì)防靜電知識(shí)無(wú)知，往往會(huì)造成一些原因（ESD）設(shè)備性能下降或故障誤認(rèn)為是部件早期老化失效。誤解如下。

(1)首先，因?yàn)楹芏嗳瞬惶私忪o電的產(chǎn)生，因?yàn)閘~2kV以下靜電放電感覺(jué)不到，但會(huì)因電擊而損壞裝置。(說(shuō)明一般MOS電路和場(chǎng)效應(yīng)管的擊穿電壓約為300V）因此，靜電損傷發(fā)生在人們不知不覺(jué)中。

(2)設(shè)備故障分析困難，因?yàn)殪o電損壞有時(shí)很難與其他瞬變過(guò)程中的過(guò)電壓分離。

（3）有些設(shè)備在靜電損壞后，不是不能使用，而是特性下降，人們不能發(fā)現(xiàn)，但造成了潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，在未來(lái)的特定條件下，最終會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障，如設(shè)備氧化層孔，設(shè)備長(zhǎng)期工作后，金屬電遷移導(dǎo)致短路燒毀，導(dǎo)致設(shè)備故障。這種靜電損傷將大大縮短組件的使用壽命。

(4)有人誤以為現(xiàn)在的集成電路，比如MOS電路，許多制造商在設(shè)計(jì)中使用了抗靜電保護(hù)電路，認(rèn)為不一定需要抗靜電保護(hù)電路。然而，在生產(chǎn)活動(dòng)中，員工穿著化纖服裝、各種塑料產(chǎn)品包裝、上述材料的滑動(dòng).摩擦.或分離，特別是在空氣干燥的季節(jié)，會(huì)產(chǎn)生600~15000V如果濕度低于20%，靜電電壓可達(dá)30%kV。即使是保護(hù)對(duì)靜電放電的敏感設(shè)備也非常危險(xiǎn)。靜電主要損壞半導(dǎo)體設(shè)備，其故障模式如表1所列。

有些人認(rèn)為靜電對(duì)MOS類(lèi)電路損壞，但不是，當(dāng)靜電電壓達(dá)到一定限度時(shí)，也會(huì)損壞一些半導(dǎo)體器件。

某廠使用高頻三級(jí)管3DGI42點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象。當(dāng)工作人員開(kāi)始工作并測(cè)試第一根管道時(shí)，他們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)它是壞的。故障模式是發(fā)射結(jié)擊穿，將來(lái)都會(huì)好起來(lái)。這種現(xiàn)象每天都會(huì)重復(fù)。研究表明，這種故障是由靜電引起的。當(dāng)工作人員進(jìn)入車(chē)間或?qū)嶒?yàn)室時(shí)，由于地板上的靜電和衣服之間的摩擦，當(dāng)?shù)谝淮谓佑|管道時(shí)，靜電會(huì)在接觸管道時(shí)釋放，從而損壞管道。因此，規(guī)定在第一次測(cè)試中，首先觸摸地線，釋放靜電，然后取管道，從而解決這個(gè)問(wèn)題。

這個(gè)例子還表明，一般認(rèn)為雙極晶體管不是靜電第三裝置是錯(cuò)誤的，特別是對(duì)于具有潛結(jié)構(gòu)的高頻或超高頻晶體管，必須考慮防靜電問(wèn)題。

2.定義靜電放電

靜電放電（ESD—ElectroStaTIcDischarge）由不同靜電位置的物體相互接近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移。也就是說(shuō)，靜電放電耦合主要有兩種方式：直接傳導(dǎo)和空間耦合，分為電場(chǎng)耦合和磁場(chǎng)耦合。

2.1.靜電放電的特點(diǎn)

靜電放電是高電位.強(qiáng)電場(chǎng).瞬時(shí)大電流的過(guò)程。

靜電放電會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁輻射，形成電磁脈沖（EMP）。

2.2.靜電放電類(lèi)型

(1)刷形放電刷形放電是一種放電過(guò)程，發(fā)生在導(dǎo)體和帶電絕緣體之間，放電通道分散。

(2)火花放電火花放電是一個(gè)瞬態(tài)的過(guò)程兩個(gè)放電體之間的空氣被擊穿形成“快如閃電"靜電能量瞬時(shí)集中釋放的火花通道。

(3)電暈放電是一種高電位.小電流.局部電離放電過(guò)程中的空氣。

3.ESD防護(hù)設(shè)計(jì)

耦合到電子設(shè)備有三種方式：

(1)直接傳導(dǎo)；

(2)電感耦合(磁場(chǎng)耦合)。

(3)電容耦合(電場(chǎng)耦合)；

電子設(shè)備的ESD這些耦合方法應(yīng)采取保護(hù)措施，可總結(jié)為以下24字方針：

靜電屏蔽、濾波去耦、絕緣隔離、接地排放、搭接良好、瞬態(tài)抑制。

3.1.設(shè)備的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)原則

設(shè)備級(jí)ESD防護(hù)設(shè)計(jì)，其重點(diǎn)應(yīng)放在為靜電放電設(shè)置通暢的排放通道上。主要應(yīng)做好以下幾點(diǎn)。

(1)接觸鍵盤(pán).控制面板.手動(dòng)控制器.鑰匙鎖等金屬部件應(yīng)通過(guò)機(jī)架直接接地。如果不能接地，與電路接線的絕緣距離應(yīng)至少滿足以下要求：空氣間隙5mm，爬電距離6mm。

(2)機(jī)箱金屬之間應(yīng)實(shí)現(xiàn)良好的搭接，搭接處應(yīng)采用表面接觸，避免點(diǎn)接觸，搭接直流電阻不大于5mΩ，兩個(gè)導(dǎo)電點(diǎn)之間的直流電阻不大于25mΩ。金屬之間的化學(xué)位差不大于0.5V，為了減少原兩種金屬的接觸腐蝕，可以選擇過(guò)量的金屬(或涂層)。

(3)在機(jī)架接地或外接地網(wǎng)上匯接，形成良好的靜電排放通道。

(4)為了控制通過(guò)底板和外殼的輻射，必須盡量減少結(jié)構(gòu)的電氣不連續(xù)性。提高間隙屏蔽效率的結(jié)構(gòu)措施包括增加間隙深度，減少間隙長(zhǎng)度，在接頭表面增加導(dǎo)電墊，在接頭處涂導(dǎo)電涂層，縮短螺釘間距。

(5)小型低速(頻率小于10)MHz）設(shè)備可采用工作地浮地(或單點(diǎn)工作地金屬外殼).金屬外殼單點(diǎn)接地，使靜電通過(guò)外殼排放到地面，對(duì)內(nèi)部電路無(wú)影響。

(6)小型高速(頻率大于10)MHz）設(shè)備的工作場(chǎng)所應(yīng)與金屬外殼多點(diǎn)接地，金屬外殼單點(diǎn)接地。

(7)機(jī)架設(shè)備的接地點(diǎn)與外接地樁之間應(yīng)保證可靠的電氣連接，連接銅線截面的外周長(zhǎng)不小于20mm。

3.2.縫隙影響及措施

(1)確保接縫處金屬接觸，嚴(yán)禁接縫處有油漆或氧化層等絕緣物，防止電磁能泄漏和輻射。

(2)螺釘間距一般，螺釘間距一般應(yīng)小于最高工作頻率l至少波長(zhǎng)不大于1/20。

(3)確保禁固方法有足夠的壓力，以便有變形應(yīng)力.沖擊.振動(dòng)時(shí)保持表面接觸。

(4)底板和外殼的每個(gè)接縫和不連續(xù)性應(yīng)盡可能好地搭接。最壞的電搭接對(duì)外殼的屏蔽效率起著決定性的作用。

(5)導(dǎo)電襯墊或指形彈簧材料必須用于接縫不平或可移動(dòng)面板的地方。

(6)選擇導(dǎo)電性高、彈性好的襯墊，選擇襯墊時(shí)要考慮接頭處使用的頻率。

(7)用螺釘或鉚接搭接時(shí)，應(yīng)先在縫中間搭接，然后逐漸延伸到兩端，防止金屬表面彎曲。

(8)選用硬質(zhì)材料制成的襯墊，以免劃傷金屬上的任何表面。

(9)鋁金屬表面使用導(dǎo)電橡膠襯墊時(shí)，應(yīng)注意電化腐蝕。純銀填料的橡膠或線性襯墊會(huì)產(chǎn)生最嚴(yán)重的電化腐蝕。銀鍍鋁填料的導(dǎo)電膠是鹽霧環(huán)境下鋁金屬配合表面襯墊材料。

(10)確保與襯墊配合的金屬表面無(wú)非導(dǎo)電保護(hù)層。

(11)需要活動(dòng)接觸時(shí)，使用指形壓簧(而不是網(wǎng)墊)，并注意保持彈性指簧的壓力。

4、結(jié)語(yǔ)

　　可靠性是一門(mén)系統(tǒng)科學(xué)、綜合科學(xué)和邊沿科學(xué)，可靠性作為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科已為世人所矚目，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，對(duì)產(chǎn)品可靠性提出越來(lái)越高的要求，本文針對(duì)電源及電子設(shè)備的靜電放電防護(hù)設(shè)計(jì)總結(jié)出一些較為實(shí)用的設(shè)計(jì)原則，能夠幫助解決電子可靠性設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題。

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