【導(dǎo)讀】ESD問(wèn)題是一個(gè)系統(tǒng)工程，在設(shè)計(jì)時(shí)可從幾個(gè)方面著手。一是要保證電腦本身不會(huì)因產(chǎn)生強(qiáng) 靜電感應(yīng)而自我毀滅，如增加屏蔽和隔離措施、通過(guò)增大PCB接地面積改善電荷泄漏通路等；二是要選擇ESD特性好的芯片，不同廠家的同一種芯片性能也會(huì)有 所不同，在芯片說(shuō)明中一般都有提到；三是增設(shè)保護(hù)電路，抵御外來(lái)的靜電。
最好的技術(shù)應(yīng)該是既能滿足使用要求，又能做到成本最低。電腦在 保修期內(nèi)損壞，廠商通常要為用戶免費(fèi)維修或進(jìn)行更換。如果產(chǎn)品故障率高居不下，不僅會(huì)增加維修成本、減少利潤(rùn)，甚至要召回失敗產(chǎn)品而影響制造商聲譽(yù)。面對(duì) 越來(lái)越脆弱的芯片，研究和實(shí)施防靜電技術(shù)以提高制造成品率、降低使用故障率，是所有芯片制造商和整機(jī)制造商都必須解決的問(wèn)題。
●芯片的防靜電設(shè)計(jì)
隨 著芯片速度的提高，為了縮短引腳長(zhǎng)度而減少信號(hào)串?dāng)_，CPU和SoC(SystemonChip)等超大規(guī)模IC芯片的封裝越來(lái)越多地采用倒裝芯片 （flipchip），倒裝芯片通常面積較大，而厚度很薄。由電容計(jì)算公式C＝εS／d可知，芯片可能攜帶大量靜電電荷Q（=CxV），換句話說(shuō)，芯片自 身成了一個(gè)巨大的電容器。
如果芯片設(shè)計(jì)者對(duì)此問(wèn)題沒(méi)有足夠認(rèn)識(shí)，未在芯片內(nèi)設(shè)置電流釋放通道，使得凈電荷不斷積聚。如此一來(lái)，芯片在接觸到工作臺(tái)或包裝盒的瞬間，就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電釋放，以致于芯片損壞在制造過(guò)程之中，成品率降低了，生產(chǎn)成本提高了。
此 外，CPU、GPU及北橋芯片上的金屬蓋以及散熱片，也是惹是生非的一個(gè)禍根。諾大的金屬體無(wú)異于一個(gè)靜電接收天線，極易吸附芯片周圍的電場(chǎng)，以及芯片附 近導(dǎo)線上的電荷，這個(gè)因素也對(duì)芯片安全構(gòu)成威脅。如果芯片設(shè)計(jì)者和整機(jī)設(shè)計(jì)者沒(méi)有考慮到這個(gè)因素，到了用戶手中再發(fā)現(xiàn)普遍存在問(wèn)題而不得不把產(chǎn)品召回時(shí)， 損失就更大了。
●整機(jī)的屏蔽與接地設(shè)計(jì)
在電腦生產(chǎn)車間，地板是防靜電的，制造設(shè)備是防靜電的，測(cè)試儀器是防靜電的， 芯片周轉(zhuǎn)箱和庫(kù)房是防靜電的，就連操作者也要身穿防靜電服、戴上防靜電手套，一派全副武裝的模樣。但是，電腦在應(yīng)用過(guò)程中，還是會(huì)給ESD以可乘之機(jī)。為 了避免感應(yīng)靜電的危害，需要對(duì)整機(jī)進(jìn)行屏蔽和接地。
電腦的金屬機(jī)箱是屏蔽靜電的重要措施，良好的接地可使受靜電危害的幾率大大降低。機(jī) 箱中的主板、接口卡，軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)等設(shè)備，以及包裹在信號(hào)線外面的金屬屏蔽網(wǎng)，均通過(guò)機(jī)箱連接成一個(gè)整體，然后再通過(guò)電源地線接入大地，這樣不僅可以 消除外來(lái)的感應(yīng)靜電，也可以消除旋轉(zhuǎn)設(shè)備自身所產(chǎn)生的摩擦靜電。為了保證部件之間接觸良好，機(jī)箱上設(shè)置有各種彈性觸點(diǎn)或彈性接觸片。
●接口電路中植入ESD保護(hù)器
芯 片是最容易被ESD損壞的器件，因此成為電腦中的重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。而接口電路位于板卡電路的外圍，是抵御ESD的一道重要防線。由于電腦板卡上邏輯電路無(wú)法 承受千伏級(jí)電壓，所以必須將之排除在電路之外。在電腦的各個(gè)接口處接入靜電防護(hù)器件，使靜電高壓在此釋放，避免了向電路板的縱深區(qū)域的侵入。
接口電路中最簡(jiǎn)易的防靜電措施是：在線路中串連一個(gè)低阻值的電阻，來(lái)限制ESD的電流，或者在信號(hào)線與地線之間接如一個(gè)小電容，來(lái)釋放ESD電流。不過(guò)這些措施會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生衰減和延遲，不利于信號(hào)傳輸。
近 幾年生產(chǎn)的主板中，在鍵盤、鼠標(biāo)的PS/2接口以及RS－232C串行口和IEEE1284A并行口等低速端口中，多采用內(nèi)嵌防靜電功能的數(shù)據(jù)收發(fā)芯片 （圖5）。接口芯片中內(nèi)嵌的ESD保護(hù)電路，是利用寄生電路實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)ESD作用時(shí)，寄生電路被觸發(fā)，泄放ESD電流或箝位ESD電壓，達(dá)到保護(hù)目的。
對(duì) 于高速的USB和IEEE1394熱插拔接口，因?yàn)橐_較少，通常接入TVS和MLV等新型靜電保護(hù)器件。 TVS（TransientVoltageSuppresser，瞬態(tài)電壓抑制器）能夠迅速地將ESD故障電流釋放到接地端，而且其漏電流和結(jié)電容都很 低，響應(yīng)時(shí)間也很短（1ns左右），是高速數(shù)據(jù)通路中理想的選擇，在電腦主板及各種USB設(shè)備中獲得廣泛應(yīng)用。
TVS器件內(nèi)通常含有若干個(gè)TVS二極管、具有多路保護(hù)作用的微型貼片元件，常見(jiàn)的封裝形式有SOT23和SC-70兩種，最新產(chǎn)品有Semtech公司的MicroClampTVS，Microsemi公司的USB50403C等。
ESD保護(hù)器往往不被人們所注意，但卻是電腦的保護(hù)神。它們?cè)陔娔X中是否起過(guò)作用、起過(guò)幾次作用，我們都無(wú)法知道。但是，如果沒(méi)有它們的暗中保護(hù)，電腦就會(huì)經(jīng)常給我們帶來(lái)麻煩。
●對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行ESD測(cè)試
大 家知道，電子產(chǎn)品必須通過(guò)EMC（電磁兼容性）性能測(cè)試，貼上EMC標(biāo)志，才能進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。目前最為權(quán)威的EMC標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)屬國(guó)際電工委員會(huì)制定的 IEC61000-4標(biāo)準(zhǔn)，其中包括IEC61000-4-2（ESD）、IEC61000-4-3（抗電磁干擾）、IEC61000-4-4（電快速瞬 變）、IEC61000-4-5（浪涌敏感度）。對(duì)電腦產(chǎn)品所進(jìn)行的ESD試驗(yàn)也是以IEC61000-4-2作為標(biāo)準(zhǔn)的。
IEC61000-4-2 規(guī)定的ESD測(cè)試有兩個(gè)項(xiàng)目：接觸電壓測(cè)試和空氣放電測(cè)試。接觸電壓測(cè)試時(shí)，ESD信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生最高4kV的可調(diào)直流電壓，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器的探頭尖部接觸 到被測(cè)設(shè)備時(shí)，發(fā)生放電。空氣放電測(cè)試時(shí)，ESD測(cè)試儀提供最高8kV的可調(diào)脈沖電壓，從測(cè)試儀的探頭發(fā)出電火花傳向待測(cè)設(shè)備。
千 里之堤，潰于蟻穴。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、元器件篩選和制造過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題，都可能釀成災(zāi)難性事故，而ESD測(cè)試是發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題、考驗(yàn)元器件質(zhì)量和查找制 造缺陷的有效手段。MSI作為主板行業(yè)的一線大廠，居然也會(huì)出現(xiàn)南橋芯片大面積損壞的情況，問(wèn)題究竟出在哪兒還不得而知，MSI可能沒(méi)有對(duì)這一批主板逐個(gè) 進(jìn)行ESD測(cè)試——這也只是猜測(cè)。
