基于電子通信產(chǎn)品的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)方法研究

陶世懷

【摘要】 電子通信產(chǎn)品ESD防護(hù)設(shè)計(jì)情況直接關(guān)系著設(shè)備的質(zhì)量與使用情況，會(huì)不同程度的影響著設(shè)備經(jīng)銷商對(duì)產(chǎn)品的推廣，對(duì)于企業(yè)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益都有著重要影響，這些問(wèn)題都對(duì)產(chǎn)品在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的地位及未來(lái)的生存與發(fā)展起到重要作用。所以，在進(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程中，ESD防護(hù)設(shè)計(jì)是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。因此，本研究主要介紹了ESD對(duì)電子通訊產(chǎn)品的危害，電子通信產(chǎn)品 ESD 防護(hù)設(shè)計(jì)中的缺陷，電子通信產(chǎn)品靜電防護(hù)設(shè)計(jì)的要求及注意事項(xiàng)，并探討了電子通訊產(chǎn)品ESD防護(hù)設(shè)計(jì)的方法。

【關(guān)鍵詞】 電子通信產(chǎn)品 ESD防護(hù) 危害 設(shè)計(jì)缺陷 設(shè)計(jì)方法

引言

ESD通俗來(lái)講就是指的靜電釋放，它可以實(shí)現(xiàn)電子通信產(chǎn)品中所帶電荷的快速綜合，而其電能則主要來(lái)源于靜電源，當(dāng)電子元件感應(yīng)到靜電源提供的電能流之后會(huì)快速放電。當(dāng)一些電子通信產(chǎn)品直接與人身體的某部分進(jìn)行密切接觸時(shí)，會(huì)使其中的電子元件產(chǎn)生靜電。人們?yōu)榱私鉀Q這一問(wèn)題，引出了ESD 防護(hù)的概念，通過(guò)ESD 防護(hù)可以有效抑制電子產(chǎn)品出現(xiàn)靜電，使其產(chǎn)生的靜電能夠快速的泄漏，實(shí)現(xiàn)靜電快速綜合，進(jìn)而避免更多的靜電在電子元件中逐漸增加與積累的過(guò)程中，誘發(fā)爆炸、電擊、火災(zāi)等各種安全事故。

一、ESD 對(duì)電子通信的危害

1.1 ESD 造成電子元件的損壞

ESD防護(hù)在釋放靜電的過(guò)程中，也會(huì)有部分電流的產(chǎn)生，而這部分電流會(huì)一定程度上使周圍的電磁場(chǎng)發(fā)生變化，而這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤，因?yàn)殡娮釉邮盏男盘?hào)也會(huì)隨著這種磁場(chǎng)變動(dòng)而發(fā)生相應(yīng)的改變，有時(shí)候還會(huì)使用戶在操作電子產(chǎn)品時(shí)面臨產(chǎn)品死機(jī)或出錯(cuò)等情況，這是因?yàn)檫@種磁場(chǎng)變動(dòng)也會(huì)影響到電子元件內(nèi)部的數(shù)字邏輯電路。

1.2 ESD 引發(fā)邏輯電路發(fā)送錯(cuò)誤信息和動(dòng)作

我們可以講靜電釋放簡(jiǎn)單的理解為脈沖干擾。在進(jìn)行靜電釋放時(shí)，受到脈沖干擾的影響，使得設(shè)備敏感電路與其進(jìn)行藕合，因此，就會(huì)使其內(nèi)部發(fā)送出錯(cuò)誤信息，造成電子產(chǎn)品故障。高壓靜電可以吸附空氣中的塵埃顆粒，同時(shí)會(huì)污染電子通訊設(shè)備中的電子元件，使電子元件減弱其絕緣電阻能力，降低其工作效率，甚至使設(shè)備元件損壞，造成電子元件失效，無(wú)法正常工作。

二、電子通信產(chǎn)品 ESD 防護(hù)設(shè)計(jì)缺陷

2.1 EOS 和 ESD 的區(qū)別

ESD 實(shí)際上是 EOS 的一種，二者是一種包含與被包含的關(guān)系，但是，在進(jìn)行電子通信產(chǎn)品 ESD 防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，部分設(shè)計(jì)人員，由于自身疏忽而不能準(zhǔn)確的對(duì)二者進(jìn)行區(qū)分，就會(huì)在裝置 ESD 過(guò)程中錯(cuò)誤的運(yùn)用了EOS防護(hù)要求，根據(jù)EOS防護(hù)要求進(jìn)行安裝，最終不能讓通信產(chǎn)品 ESD 防護(hù)效果得到有效發(fā)揮。

2.2 系統(tǒng)類型識(shí)別

因?yàn)殡娮油ㄓ嵲O(shè)備類型有所差異，其采用的靜電防護(hù)措施也相應(yīng)的有所差異。所以，在進(jìn)行電子通信產(chǎn)品 ESD 防護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要首先弄清楚系統(tǒng)類型，根據(jù)不同的系統(tǒng)設(shè)備類別來(lái)確定最終的設(shè)計(jì)方案。但是，現(xiàn)在部分設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中卻往往忽略了這一點(diǎn)，不能正確的識(shí)別與選擇合適的ESD 防護(hù)方案。

三、電子通信產(chǎn)品靜電防護(hù)設(shè)計(jì)的要求及注意事項(xiàng)

3.1 根據(jù)實(shí)際需求確定ESD防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)與管理方法

因?yàn)镋SD防護(hù)的具體要求是存在著明顯差異的，所以，其應(yīng)用范圍也有所差異，并能夠在不同的地點(diǎn)合理應(yīng)用。比如，在ESD防護(hù)在工業(yè)和軍事兩個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用就存在著明顯的不同。

所以，各企業(yè)單位應(yīng)根據(jù)其實(shí)際情況，結(jié)合具體標(biāo)準(zhǔn)與要求，提供詳細(xì)具體的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)方案，明確電子通信產(chǎn)品的ESD包裝、電路設(shè)計(jì)以及操作等，并制定詳細(xì)的操作流程，提供有效的ESD防護(hù)措施。另外，還要加強(qiáng)ESD管理，明確需要執(zhí)行的ESD防護(hù)方案情況、檢測(cè)方案是否有效可行，人員訓(xùn)練情況，以及ESD防護(hù)設(shè)施維護(hù)費(fèi)用等，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)與改進(jìn)不合理的管理辦法與措施，實(shí)現(xiàn)ESD防護(hù)方案優(yōu)化，提高ESD防護(hù)效果。

3.2 有針對(duì)性的考慮ESD防護(hù)

在進(jìn)行電子通信產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮到ESD防護(hù)，盡量避免在后期的生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，電子通信產(chǎn)品由于靜電釋放問(wèn)題而重新設(shè)計(jì)，由此將會(huì)產(chǎn)生更高的生產(chǎn)成本，同時(shí)不能在預(yù)定的生產(chǎn)周期內(nèi)完成既定任務(wù)。同時(shí)，當(dāng)某一電子通信產(chǎn)品已經(jīng)基本完成，并即將投入生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)時(shí)，再增加ESD防護(hù)設(shè)計(jì)，那么ESD防護(hù)效果也會(huì)低于其本來(lái)的防護(hù)效果，所以，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就應(yīng)該充分考慮到ESD防護(hù)是一項(xiàng)十分重要的工作。

3.3 電子元器件結(jié)構(gòu)及其整體設(shè)計(jì)要求

在進(jìn)行電子通信產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為能夠防止由于金屬外露出現(xiàn)設(shè)備回路情況，可通過(guò)絕緣膠布將其纏裹起來(lái)。但是因?yàn)檫^(guò)高的靜電電位，盡管靜電的電荷量不多，也使用了絕緣涂層或是涂料外殼，仍然會(huì)使電子元件受到由于靜電釋放引起的不同程度的功能損傷，降低其工作效率。

四、電子通信產(chǎn)品ESD防護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 電子通信產(chǎn)品機(jī)殼ESD防護(hù)設(shè)計(jì)

電子通信產(chǎn)品靜電的抗干擾性與自身的搭接情況存在著密切關(guān)系，如果電子通信產(chǎn)品的搭接效果尚佳，也會(huì)使靜電釋放的速度變快，其靜電抗干擾性也會(huì)增強(qiáng)。所以，在機(jī)殼的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)中，盡量不要在金屬零件中出現(xiàn)尖銳的邊緣，為有效防止出現(xiàn)二次電弧，可以在機(jī)殼外露面涂復(fù)絕緣漆，使得內(nèi)部電路與機(jī)殼之間保持相應(yīng)距離。

4.2印刷電路板ESD防護(hù)設(shè)計(jì)

因?yàn)橛∷㈦娐钒迳系男盘?hào)與地、電源與地等全部回路，對(duì)瞬時(shí)靜電電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)的敏感性很強(qiáng)，所以，我們可以再適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)增加PCB上的回路面積，而結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求適當(dāng)?shù)目s短其引線。安裝在印制板上具有金屬外殼的電子通信產(chǎn)品元器件，金屬外殼需要接地。

另外，為保障安全，印刷電路板中的雙層板，采用雙列直插式封裝的集成電路，要盡量使地線與電源線靠近。由于ESD防護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的靜電干擾脈沖，具有較大的高頻分量，所以，為有效抑止靜電干擾，要對(duì)信號(hào)進(jìn)線與電源進(jìn)線之間采用濾波器進(jìn)行濾波操作，對(duì)地和電源之間使用高頻的電容器去耦。

采用濾波去耦防還需要注意以下事項(xiàng)：一是若電源的引線長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，PCB雙層板要使電源線盡可能的接近地線，并在地與電源之間建立去耦電容；二是用LC網(wǎng)絡(luò)對(duì)功能單板中的電源輸入端進(jìn)行濾波；三是在地與集成電路的電源之間設(shè)置去耦電容，并確保其在同一個(gè)芯片的接地端與電源端并接。

五、結(jié)論

綜上所述，電子通信產(chǎn)品的電子系統(tǒng)本身的復(fù)雜性與多樣性特點(diǎn)，以及電子通信產(chǎn)品的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)廣泛的涉及面，決定兩個(gè)電子通信產(chǎn)品進(jìn)行ESD防護(hù)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，需要全面考慮各方面因素。

在電子通信產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初期，為保障其高質(zhì)量與高效益，就要首先考慮ESD防護(hù)，并結(jié)合ESD防護(hù)要求與標(biāo)準(zhǔn)，將ESD防護(hù)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)等多方面的可行性要求，從而保障ESD防護(hù)效用的真正發(fā)揮。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]苗萌.ESD防護(hù)設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題研究[D].浙江大學(xué).2012-03

[2]唐保軍.新型ESD防護(hù)器件與電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及特性分析[D].西安電子科技大學(xué).2010-01

[3]李立.RFIC的ESD防護(hù)電路與優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D].西安電子科技大學(xué).2012-04

[4]李松； 曾傳濱； 羅家俊； 韓鄭生.提高集成電路ESD防護(hù)能力的仿真方法[J].半導(dǎo)體技術(shù).2013-10

[5]徐金華； 劉光斌； 余志勇.ESD防護(hù)控制的一些看法[J].艦船電子工程.2005-10

[6]張華.關(guān)于電子通信產(chǎn)品三防設(shè)計(jì)的改進(jìn)探討[J].科技風(fēng)，2011（10）：48.

[7]田紅緯，蔡旭，陸震宇.ESD防護(hù)在變流器功率單元組裝中的應(yīng)用[J].機(jī)電信息，2013（09）：116-118