有關電子通信產品的ESD防護設計分析

摘要：文章介紹了在電子通信產品領域ESD帶來的危害，為防止靜電積累所引起的不良影響而采取的防范措施。具體分析了ESD對電子通信產品所帶來的危害。現有ESD防護設計方案存在的弊端，電子通訊產品ESD防護設計應注意的問題，以及電子通信產品ESD防護的基本要求。

關鍵詞：電子通信；ESD；防護

中圖分類號：TN602 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937(2011)24-0008-02

ESD(Electro-Static discharge)的意思是靜電釋放。ESD防護是為了防止靜電積累所引起的爆炸、火災、電擊、以及電子器件損壞和失效，以及對生產的不良影響而采取的防范措施。其防范原則主要是抑制靜電的產生，加速靜電的泄漏，進行靜電中和等。人穿非導電鞋時，由于行走等活動會產生、積蓄電荷，并可達到千伏級的電位。在毛毯上行走、脫衣等所產生最高電位可達2450V。此時人觸及其他物體會產生火花放電并受到電擊。人體活動中防靜電措施主要有：不穿導電性鞋；工作服和內衣褲不使用化纖面料；穿混有導電性纖維或用防靜電劑處理的防靜電工作服；工作地面作導電化處理等。兩個不同的物體相互接觸時，在其界面上產生電荷移動，正、靜電防護負電荷相對排列形成雙電層。若將物體分離，會在兩個物體上各自產生極性不同的等量電荷。

人體以及電子產品是很容易帶靜電的，物理學中我們知道摩擦起電，所以各種摩擦、感應都有可能會產生靜電電位，而當帶有不同電極的人體或電子器件互相接近或者接觸，通過電荷的積累都有可能在空氣中或者通過導體釋放，產生放電現象。由于技術的日益發展，電子器件集成化程度越來越高，電子產品的體積也越來越小，而體積越小的電子元器相對體積較大的電子元器而言是十分敏感的。靜電放電引起的近磁場的變化會導致正在工作的電子器件得到錯誤的信號，發生錯誤，的動作，從而導致電子器件的損壞。根據有效數據顯示，在所有損壞的電子器件中，其原因是由ESD造成的電子元器件失效比率大概在60％以上，由此可見ESD的防護是十分重要的。而美國Ryne C.allen研究表明，在靜電防護中每投入1美元，其回報達到95美元，即回報率(ROI)為95：1。為了使電子產品具有抵抗靜電放電的能力，國際組織都制定了靜電放電抗擾度標準。我國靜電放電抗擾度標準為《GB/T 17626.2-2006電磁兼容試驗和測量技術，靜電放電抗擾度試驗》。

1 ESD對電子通信產品所帶來的危害

①ESD造成電子元器件失效。靜電在放電的過程中會產生電流，這將引起附近電磁場發生變化，電子元件得到錯誤的信號，數字邏輯電路不正常，以至于電子產品的錯誤操作或者死機，或者在靜電放電是直接造成電子元器件自己短路，開路等，致使其立刻喪失工作能力。如果帶點體所帶的靜電位相對而言較低，一次靜電放電不足以影響電子元器件完全失效，但是會在電子元器件內部造成輕微的損傷。由于電子元器件的輕微損傷是很難檢測出來的，當多次受到靜電放電脈沖后，累積的損傷會致使電子元器件徹底失效，這種失效是事先無法預料的，所以，造成的損失也是巨大的。

②ESD脈沖干擾致使信息出錯。ESD會致使信息出錯，對電子通信產品進行靜電接觸放電，可在設備內部大部分位子檢測到干擾脈沖，正是由于這個干擾脈沖，引起信息出錯，邏輯電路翻轉，導致產品出現故障。

③高壓靜電吸附塵埃微粒。靜電電荷是極易吸附空氣中的塵埃顆粒的，它們會污染PCB板和半導體芯片，讓它們的絕緣電阻率下降，這將會極大的影響器件的工作效率。如果問題嚴重將導致器件產生故障。

2 現有ESD防護設計方案存在的弊端

現行ESD防護方案大都存在電氣應力(EOS：Electrical Overstress)與ESD的區分和系統類型的識別的問題。 ①EOS是Electrical Over-Stress的縮寫，其含義是指電壓破壞，即通過電壓產生的熱效應對電子元件的破壞。總的來說，從靜電不良的角度分析最常見的就是ESD與EOS這兩個名詞，ESD的意思是指當ESDS Item由于外部的靜電磁場和本身短時間內由局部放電所造成破壞的情形，而EOS則是指其它測試機臺、生產機臺、儀器、治具等器具所產生之設計不當電壓電流、或者是漏電流對組件所造成的破壞情形。

②ESD與EOS在形成原因上有很大的不同，所以在進行分析比較依據時也可看出不同。在大多數的條件下EOS所產生的電流是遠遠大于ESD所產生的電流的，就破壞時間而言ESD與EOS也是有很大差別的，EOS的時間遠遠大于ESD，所以在之后對它們所破壞的電子元器件的成相分析上來看，我們可以看到EOS破壞點的破壞程度遠遠嚴重于ESD。

3 電子通訊產品ESD防護設計應注意的問題

由于ESD是一直存在的，所以對于ESD防護應該一直都當作重要事項，在元件的設計階段就應該考慮到，而在產品生產時也應該有所防護，所以，在整個電子元件從設計到生產到應用中，都應該把ESD作為一個重要的內容，需要進行ESD驗證。

①確定ESD防護方案的執行等級。ESD的防護是分為不同等級的，大體上可以分為兩類：一類是基本防護，一類是全面防護。其中基本防護是指：具有傳導性的工作面需要接地，人暴露在外的皮膚能通過傳導體接地，聚乙烯保護包裝。全面防護是指：在基本防護的基礎上做到更全面的防護措施，例如，對電子產品的包裝更加仔細，貼上防靜電保護。因此，針對電子元器件的不同，他們的防護等級也是不同的，所以只有確定課電子元器件需要的防護等級，我們才可以采用有效的措施進行ESD防護。 ②根據需求不同確定ESD防護的具體標準。對于應用范圍地點不同的ESD防護具體要求也有所不同，這需要各企業單位提供具體的ESD防護要求，根據他們的不同要求制定不同的防護方案，具體情況具體分析，按照要求制定配套的防護措施。

③ESD的具體管理方法。ESD防護方案的有效與否，是需要ESD防護管理者對方案的執行情況作出報告，才能知道為此產品設計的ESD防護方案是否有效，結合報告結論還能對方案進行改進，加強ESD防護的作用。

④有針對性考慮ESD防護。在產品剛開始設計時就應該考慮到ESD防護的問題，這樣以免到研發后期才后知后覺ESD所帶來的影響，這會延長整個產品的研發周期，提高研發成本。并且，在產品設計基本定型后載考慮ESD防護，這是對產品很不利的，因為后期產品基本定型，不能做太大修改，這會導致ESD防護大大折扣，所以在設計之初，就應該把ESD防護放在重要的位置考慮。

4 電子通信產品ESD防護的基本要求

①在產品的設計階段就應該考慮產品生產中所運用電子元器件的ESD防護能力，企業單位最好是能有一個自己的電子元器件ESD順序表。敏感的元器件是ESD防護的要害，一個注重ESD防護的電子元器件，在敏感元件較少的情況下，對設計研發者無疑會減輕壓力。 ②電子元器件的結構設計。在產品設計時就應該在有金屬件外露可能產生回路的時候，盡量規避，在需要的時候可以用絕緣膠布。靜電的電荷量較少，但是它的電位卻不低，所以有時塑料外殼和絕緣涂層并不能完全隔絕ESD對于元件的損害。 ③電子元器件的整體設計。電子元器件在結構工藝的設計上應該將電源線和信號線清楚的分開，電子元器件外殼各個面板之間需要良好的接觸，電阻要小于0.4Ω，要確保外殼能夠跟地面有良好的接觸，這樣才能使靜電電荷通過地面進行回路放掉，不至于產生靜電積累，對元件造成損壞。 ④PCB的設計。PCB就是印刷電路板(Printed circuitboard，PCB)，簡單的說就是置有集成電路和其他電子組件的薄板。它幾乎會出現于每一種電子設備當中，所以ESD防護中PCB的設計是非常重要的。其中，布線和ESD防護器件是兩個較為常用的方法。有利于ESD防護的具體措施主要有：其一，對敏感元器件重點保護，通過加絕緣膠布等物品減少ESD對其影響，把對敏感元件的保護作為重點保護對象，作為所有保護的核心。其二，減少電流環路。PCB上面的電流環路越大，ESD所產生的影響就越大，所以在設計PCB時就應改盡量減少環路的設計，較多的采用接地和單獨的電源PCB設計。

由于電子通信產品的ESD防護是多方面的，設計者在設計初期就應該把ESD防護放在核心的位置，這樣才能更好地發揮ESD防護的效用，以免造成不必要的損失，對于電子元器件ESD防護措施，要根據具體的情況，制定不同的方法，具體問題具體分析，且不能以偏概全。