【導讀】對于電子通訊產(chǎn)品而言，靜電有著極大的危害，因此，做好電子通訊產(chǎn)品ESD防護設計十分重要并且必不可少。本文分析了ESD的危害以及一些ESD防護方案的缺陷并提出了新的ESD防護設計策略。
在電子通訊產(chǎn)品的設計、試驗、生產(chǎn)、調(diào)試、運行或維修過程中，由于靜電放電(ESD)，可能干擾產(chǎn)品的工作,引起產(chǎn)品電子元器件的損壞，導致產(chǎn)品故障甚至釀成嚴重事故，由此造成的損失是十分驚人的。然而，ESD問題的涉及面很廣，它不但可以影響企業(yè)的各個部門，還能影響到材料的供應商和產(chǎn)品的使用者。因此，很難制定一個防護所有ESD問題的控制方案。本文首先分析了ESD的危害，然后分析了目前一些ESD防護方案的缺陷，最后提出了新的ESD防護設計策略，并防護方法做了進一步分析。
圖：電子通訊產(chǎn)品
1、ESD帶來的危害
對于電子通訊產(chǎn)品，靜電是一種很有害的電能，ESD是一個潛在的殺手。
(1)ESD造成元器件失效。當帶電物體通過器件形成一個放電通路時或帶電器件本身有一個放電通路時，就會產(chǎn)生ESD而造成器件的失效，失效模式有突發(fā)性完全失效和潛在性緩慢失效：突發(fā)性完全失效，器件的芯片介質(zhì)擊穿或燒毀、一個或多個電參數(shù)突然劣化和完全失去規(guī)定功能的失效。通常表現(xiàn)為開路、短路以及電參數(shù)嚴重漂移,概率約10％；潛在性緩慢失效，器件受到ESD造成輕微損傷,器件的性能劣化或參數(shù)指標下降而成為隱患，使該電路在以后的工作中,參數(shù)劣化逐漸加重，最終失效，概率約90％。
(2)ESD使信息出錯。邏輯電路誤動作試驗表明，ESD屬于脈沖干擾，對某電子通訊產(chǎn)品進行靜電接觸放電，可在設備內(nèi)部許多位置測量到一個幅值為幾十伏的干擾脈沖，正是這個干擾脈沖，引起了信息出錯,邏輯電路翻轉(zhuǎn)，導致產(chǎn)品的故障。ESD也可產(chǎn)生頻帶幾百千赫一幾十兆赫、電平高達幾十毫伏的電磁脈沖干擾，當這個電磁脈沖干擾藕合到產(chǎn)品的敏感電路時，也會引起信息出錯,導致產(chǎn)品的故障。
(3)高壓靜電吸附塵埃微粒靜電電荷易吸附塵埃微粒，污染PCB板和半導體芯片，使其絕緣電阻下降，影響器件工作。嚴重時會引起器件故障(例如：CMOS電路發(fā)生門鎖)。
2、現(xiàn)行ESD防護設計方案的缺陷
現(xiàn)行的ESD防護方案大都存在著問題，表現(xiàn)在電氣應力(EOS:ElectricalOverstress)與ESD的區(qū)分和系統(tǒng)類型的識別兩個方面。
(1)EOS和ESD的區(qū)分：實際上，ESD是EOS的一種特殊情況，但是在確定ESD防護方案時，卻常常將ESD和EOS的性能指標相混淆，把EOS防護的性能指標當作ESD來對裝置來加以要求，這樣將可能導致對裝置ESD防護的失敗。
(2)系統(tǒng)識別：系統(tǒng)ESD防護方案的確定依賴于對系統(tǒng)的識別。不同類型的系統(tǒng)采取的ESD防護措施應是不同的。現(xiàn)行的一些防護方案連基本的系統(tǒng)識別都沒有，就展開了對系統(tǒng)的防護討論和要求,這樣是不妥當?shù)摹０凑諏SD的敏感類型不同，可以將系統(tǒng)分成兩類:電壓敏感(VS)和能量敏感(ES)。如果它對電壓敏感,防護時就需要很小心，如可以使用一些特殊的材料，放置在一些特定的操作位置;如果它對能量敏感，防護條件相對前者就不需要太苛刻。有效地識別系統(tǒng)是必需的。雖然實際中很少使用VS裝置，但對于一個未經(jīng)識別的系統(tǒng)來說，應將它作為對VS類型來處理，避免可能引發(fā)的ESD損傷。
3、ESD防護方案的再設計
3.1再設計應遵循的原則
(1)明確ESD防護方案的等級。ESD防護包含兩個等級：基本防護和全面防護。ESD “基本防護"方案包括傳導性工作面接地、人員腕帶接地(1MΩ電阻接地)、聚乙烯保護包裝、人員1h～2h基本的ESD培訓這4個要素。ESD“全面防護"方案需要在基本等級的基礎上增加額外的防護措施。它要求對裝置的ESD防護是全面的,如對裝置進行雙層包裝，在包裝外層增加一個金屬箔片包裝。明確待防護系統(tǒng)的等級是確立防護方案的基礎工作。只有確定了系統(tǒng)防護的等級，才可以采取具體的防護措施進行ESD防護。
(2)遵從各類標準的性能指標要求。ESD防護方案的確立還必須要遵從工業(yè)、軍事或者生產(chǎn)企業(yè)的標準。這些標準可以為ESD的包裝、操作和電路設計提供有效的防護措施和具體的操作步驟。
(3)進行ESD管理。ESD防護方案是否有效,重要的是ESD管理。ESD管理可以確定防護方案執(zhí)行、人員訓練、維護ESD防護設施的花費(Cost)情況。結(jié)合故障診斷，還可以獲取方案對于減少ESD損傷概率的影響等信息，從而為防護方案的實施提供參考標準。ESD管理必須在系統(tǒng)防護的過程中加以實施，才能使各方面達到協(xié)調(diào),從而使防護方案能夠有效地發(fā)揮作用。
3.2再設計的具體方法
(1)確立系統(tǒng)防護等級。即便對所有的VS裝置都采取抗ESD措施，仍然會存在防護上的不確定性，工程人員仍然需要通過相關測試來驗證防護措施和操作步驟的有效性，而有些額外的防護措施甚至會增加ESD損傷的可能性。
(2)獲取有效數(shù)據(jù)。將HBM分類數(shù)據(jù)與工程實際中設備和裝置的ESD保護措施聯(lián)系起來是很困難的。這是因為這些裝置僅僅是通過HBM測試來分類的，而沒有考慮帶電裝置模型(CDM)和其它破壞源的影響。為保證ESD防護措施的有效性和裝置的可靠性，工程中會使用更多、更復雜的測試手段和數(shù)據(jù)分析方法。這樣一來，工程人員也就能得到關于裝置ESD問題的更優(yōu)化數(shù)據(jù)。
(3)裝置監(jiān)控。通過對裝置的監(jiān)控可以提高系統(tǒng)的可靠性。監(jiān)視器檢查的項目包括檢查接地線的完整性、工作面的接地情況、人員腕帶的有效性等。其中對腕帶的檢查是通過將一低電壓經(jīng)腕帶連接到人體上來進行測試。所選擇低電壓的能量必須不能在裝置(如消特基二極管、檢波器二極管)上誘發(fā)EOS。工作間內(nèi)如果使用了空氣電離設備，就需要定期地加以檢查,這有兩個原因：一是設備可能會發(fā)生故障，不能工作；二是設備產(chǎn)生的離子可能不足以相互平衡，從而成為一種特殊的“靜電源”。一個實驗用的負電離灰塵控制系統(tǒng)可以在工作間內(nèi)的組件上產(chǎn)生電荷，這不但能導致電離設備對帶電灰塵微粒控制的失敗，還會誘發(fā)電擊操作人員以及損壞裝置等惡性事故。
總之，由于電子系統(tǒng)的多樣性和復雜性，很難制定一個通用的ESD防護方案。只有考慮到系統(tǒng)的實際情況，如敏感類型、防護等級要求、ESD防護方案的性價比，并且實行全方位的ESD防護控制才能有效地對具體的系統(tǒng)實施ESD防護。
相關閱讀：
針對USB3.0設計的ESD防護方案
http://www.91bobo.cn/cp-art/80019766
選擇USB3.0的ESD組件的必要考慮因素
http://www.91bobo.cn/cp-art/80020781
智能手機五大模塊的ESD防護設計
http://www.91bobo.cn/cp-art/80018216
