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其中接觸放電需要達到±
8kV,空氣放電需要達到±
15kV,這就對ESD的設計提出了較高的要求。
3.數碼産品中ESD問題解決與防護
3.1産品的結構設計
如果將釋放的靜電看成是洪水的話,那麽主要的解決方法與治水類似,就是“堵”和“疏”。
如果我們設計的産品有一個理想的殼體是密不透風的,靜電也就無從而入,當然不會有靜電問題了。
但實際的殼體在合蓋處常有縫隙,而且許多還有金屬的裝飾片,所以一定要加以注意。
其一,用“堵”的方法。
儘量增加殼體的厚離,即增加外殼到電路板之間的距離,或者通過一些等效方法增加殼體氣隙的距離,這樣可以避免或者大大減少ESD的能量強度。
通過結構的改進,可以增大外殼到內部電路之間氣隙的距離從而使ESD的能量大大減弱。
根據經驗,8kV的ESD在經過4mm的距離後能量一般衰減爲零。
其二,用“疏”的方法,可以用EMI油漆噴塗在殼體的內側。
EMI油漆是導電的,可以看成是一個金屬的遮罩層,這樣可以將靜電導在殼體上;
再將殼體與PCB(PrintedCircuitBoard)的地連接,將靜電從地導走。
這樣處理的方法除了可以防止靜電,還能有效抑制EMI的干擾。
如果有足夠的空間,還可以用一個金屬遮罩罩將其中的電路保護起來,金屬遮罩罩再連接PCB的GND。
總之,ESD設計殼體上需要注意很多地方,首先是儘量不讓ESD進入殼體內部,最大限度地減弱其進入殼體的能量。
對於進入殼體內部的ESD儘量將其從GND導走,不要讓其危害電路的其他部分。
殼體上的金屬裝飾物使用時一定要小心,因爲很可能帶來意想不到的結果,需要特別注意。
3.2産品的PCB設計
現在産品的PCB(PrintedCircuitBoard)都是高密度板,通常爲4層板。
隨著密度的增加,趨勢是使用6層板,其設計一直都需要考慮性能與面積的平衡。
一方面,越大的空間可以有更多的空間擺放元器件,同時,走線的線寬和線距越寬,對於EMI、音頻、ESD等各方面性能都有好處。
另一方面,數碼産品設計的小巧又是趨勢與需要。
所以,設計時需要找到平衡點。
就ESD問題而言,設計上需要注意的地方很多,尤其是關於GND佈線的設計以及線距,很有講究。
有些産品中ESD存在很大的問題,一直找不到原因,通過反復研究與實驗,發現是PCB設計中的出現的問題。
爲此,這裏總結了PCB設計中應該注意的要點:
(1)PCB板邊(包括通孔Via邊界)與其他佈線之間的距離應大於0.3mm;
(2)PCB的板邊最好全部用GND走線包圍;
(3)GND與其他佈線之間的距離保持在0.2mm~0.3mm;
(4)Vbat與其他佈線之間的距離保持在0.2mm~0.3mm;
(5)重要的線如Reset、Clock等與其他佈線之間的距離應大於0.3mm;
(6)大功率的線與其他佈線之間的距離保持在0.2mm~0.3mm;
(7)不同層的GND之間應有盡可能多的通孔(VIa)相連;
(8)在最後的鋪地時應儘量避免尖角,有尖角應儘量使其平滑。
3.3産品的電路設計
在殼體和PCB的設計中,對ESD問題加以注意之後,ESD還會不可避免地進入到産品的內部電路中,尤其是以下一些埠:
USB介面、HDMI介面、IEEE1394介面、天線介面、VGA介面、DVI介面、按鍵電路、SIM卡、耳機及其他各類資料傳輸介面,這些埠很可能將人體的靜電引入內部電路中。
所以,需要在這些埠中使用ESD防護器件。
以往主要使用的靜電防護器件是壓敏電阻和TVS器件,但這些器件普遍的缺點是回應速度太慢,放電電壓不夠精確,極間電容大,壽命短,電性能會因多次使用而變差。
所以目前行業中普遍使用專業的“靜電抑制器”來取代以往的靜電防護器件。
“靜電抑制器”是專業解決靜電問題的産品,其內部構造和工作原理比其他産品更具科學性和專業性。
它由Polymer高分子材料製成,內部菱形分子以規則離散狀排列,當靜電電壓超過該器件的觸發電壓時,內部分子迅速産生尖端對尖端的放電,將靜電在瞬間泄放到地。
它最大特點是反應速度快(0.5ns~1ns)、非常低的極間電容(0.05pf~3pf),很小的漏電流(1μA),非常適合各種介面的防護。
因爲靜電抑制器具有體積小(0603、0402)、無極性、反應速度快等諸多優點,現在的設計中使用靜電抑制器作爲防護器件的比例越來越多,在使用時應注意以下幾點:
1、將該器件儘量放置在需要保護的埠附近;
2、到GND的連線盡可能短;
3、所接GND的面積盡可能大。
ESD的問題是衆多重要問題之一。
在不同的電子設備中有不同的方式來避免對電路的危害。
由於現在的數碼産品體積小、密度大,在ESD的防護上有獨到的特點。
通過大量的靜電測試實驗證明,採用本文的設計方法處理,將一個原本±
2kV放電就會死機的産品加以保護和改進,在±
8kV的靜電放電情況下依然可以穩定工作,起到了很好的靜電防護效果。
隨著電子設備使用的日益廣泛,ESD設計是每一個結構設計工程師和電子設計工程師需要重點關心的問題,通過不斷總結與學習,ESD問題將不再是一個難題
静电是人们非常熟悉的一种自然现象。
静电的许多功能已经应用到军工或民用产品中,如静电除尘、静电喷涂、静电分离、静电复印等。
然而,静电放电ESD(Electro-StaticDischarge)却又成为电子产品和设备的一种危害,造成电子产品和设备的功能紊乱甚至部件损坏。
现代半导体器件的规模越来越大,工作电压越来越低,导致了半导体器件对外界电磁骚扰敏感程度也大大提高。
ESD对于电路引起的干扰、对元器件、CMOS电路及接口电路造成的破坏等问题越来越引起人们的重视。
电子设备的ESD也开始作为电磁兼容性测试的一项重要内容写入国家标准和国际标准。
1.静电成因及其危害
静电是两种介电系数不同的物质磨擦时,正负极性的电荷分别积累在两个特体上而形成。
当两个物体接触时,其中一个趋从于另一个吸引电子,因而二者会形成不同的充电电位。
就人体而言,衣服与皮肤之间的磨擦发生的静电是人体带电的主要因之一。
静电源与其它物体接触时,依据电荷中和的机理存在着电荷流动,传送足够的电量以抵消电压。
在高速电量的传送过程中,将产生潜在的破坏电压、电流以及电磁场,严重时将其中物体击毁,这就是静电放电。
国家标准中定义:
静电放电是具有不同静电电位的特体互相靠近或直接接触引起的电荷转移(GB/T4365-1995),一般用ESD表示。
ESD会导致电子设备严重损坏或操作失常。
静电对器件造成的损坏有显性和隐性两种。
隐性损坏在当时看不出来,但器件变得更脆弱,在过压、高温等条件下极易损坏。
ESD两种主要的破坏机制是:
由ESD电流产生热量导致设备的热失效;
由ESD感应出过高电压导致绝缘击穿。
两种破坏可能在一个设备中同时发生,例如,绝缘击穿可能激发大的电流,这又进一步导致热失效。
除容易造成电路损害外,静电放电也极易对电子电路造成干扰。
静电放电对电子电路的干扰有二种方式。
一种是传导干扰,另一种是辐射干扰。
2.数码产品的构造及其ESD问题
现在各类数码产品的功能越来越强大,而电路板却越来越小,集成度越来越高。
并都或多或少的装有部分接口用于人机交互,这样就存在着人体静电放电的ESD问题。
一般数码产品中需要进行ESD防护的部位有:
USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口.
ESD可能会造成产品工作异常、死机,甚至损坏并引发其他的安全问题。
所以在产品上市之前,国内或国外检测部门都要求进行ESD和其它浪涌冲击的测试。
其中接触放电需要达到±
8kV,空气放电需要达到±
15kV,这就对ESD的设计提出了较高的要求。
3.数码产品中ESD问题解决与防护
3.1产品的结构设计
如果将释放的静电看成是洪水的话,那么主要的解决方法与治水类似,就是“堵”和“疏”。
如果我们设计的产品有一个理想的壳体是密不透风的,静电也就无从而入,当然不会有静电问题了。
但实际的壳体在合盖处常有缝隙,而且许多还有金属的装饰片,所以一定要加以注意。
尽量增加壳体的厚离,即增加外壳到电路板之间的距离,或者通过一些等效方法增加壳体气隙的距离,这样可以避免或者大大减少ESD的能量强度。
通过结构的改进,可以增大外壳到内部电路之间气隙的距离从而使ESD的能量大大减弱。
根据经验,8kV的ESD在经过4mm的距离后能量一般衰减为零。
其二,用“疏”的方法,可以用EMI油漆喷涂在壳体的内侧。
EMI油漆是导电的,可以看成是一个金属的屏蔽层,这样可以将静电导在壳体上;
再将壳体与PCB(PrintedCircuitBoard)的地连接,将静电从地导走。
这样处理的方法除了可以防止静电,还能有效抑制EMI的干扰。
如果有足够的空间,还可以用一个金属屏蔽罩将其中的电路保护起来,金属屏蔽罩再连接PCB的GND。
总之,ESD设计壳体上需要注意很多地方,首先是尽量不让ESD进入壳体内部,最大限度地减弱其进入壳体的能量。
对于进入壳体内部的ESD尽量将其从GND导走,不要让其危害电路的其它部分。
壳体上的金属装饰物使用时一定要小心,因为很可能带来意想不到的结果,需要特别注意。
3.2产品的PCB设计
现在产品的PCB(PrintedCircuitBoard)都是高密度板,通常为4层板。
随着密度的增加,趋势是使用6层板,其设计一直都需要考虑性能与面积的平衡。
一方面,越大的空间可以有更多的空间摆放元器件,同时,走线的线宽和线距越宽,对于EMI、音频、ESD等各方面性能都有好处。
另一方面,数码产品设计的小巧又是趋势与需要。
所以,设计时需要找到平衡点。
就ESD问题而言,设计上需要注意的地方很多,尤其是关于GND布线的设计以及线距,很有讲究。
有些产品中ESD存在很大的问题,一直找不到原因,通过反复研究与实验,发现是PCB设计中的出现的问题。
为此,这里总结了PCB设计中应该注意的要点:
(1)PCB板边(包括通孔Via边界)与其它布线之间的距离应大于0.3mm;
(2)PCB的板边最好全部用GND走线包围;
(3)GND与其它布线之间的距离保持在0.2mm~0.3mm;
(4)Vbat与其它布线之间的距离保持在0.2mm~0.3mm;
(5)重要的线如Reset、Clock等与其它布线之间的距离应大于0.3mm;
(6)大功率的线与其它布线之间的距离保持在0.2mm~0.3mm;
(7)不同层的GND之间应有尽可能多的通孔(VIa)相连;
(8)在最后的铺地时应尽量避免尖角,有尖角应尽量使其平滑。
3.3产品的电路设计
在壳体和PCB的设计中,对ESD问题加以注意之后,ESD还会不可避免地进入到产品的内部电路中,尤其是以下一些端口:
USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口,这些端口很可能将人体的静电引入内部电路中。
所以,需要在这些端口中使用ESD防护器件。
以往主要使用的静电防护器件是压敏电阻和TVS器件,但这些器件普遍的缺点是响应速度太慢,放电电压不够精确,极间电容大,寿命短,电性能会因多次使用而变差。
所以目前行业中普遍使用专业的“静电抑制器”来取代以往的静电防护器件。
“静电抑制器”是专业解决静电问题的产品,其内部构造和工作原理比其他产品更具科学性和专业性。
它由Polymer高分子材料制成,内部菱形分子以规则离散状排列,当静电电压超过该器件的触发电压时,内部分子迅速产生尖端对尖端的放电,将静电在瞬间泄放到地。
它最大特点是反应速度快(0.5ns~1ns)、非常低的极间电容(0.05pf~3pf),很小的漏电流(1μA),非常适合各种接口的防护。
因为静电抑制器具有体积小(0603、0402)、无极性、反应速度快等诸多优点,现在的设计中使用静电抑制器作为防护器件的比例越来越多,在使用时应注意以下几点:
1、将该器件尽量放置在需要保护的端口附近;
2、到GND的连线尽可能短;
3、所接GND的面积尽可能大。
ESD的问题是众多重要问题之一。
在不同的电子设备中有不同的方式来避免对电路的危害。
由于现在的数码产品体积小、密度大,在ESD的防护上有独到的特点。
通过大量的静电测试实验证明,采用本文的设计方法处理,将一个原本±
2kV放电就会死机的产品加以保护和改进,在±
8kV的静电放电情况下依然可以稳定工作,起到了很好的静电防护效果。
随着电子设备使用的日益广泛,ESD设计是每一个结构设计工程师和电子设计工程师需要重点关心的问题,通过不断总结与学习,ESD问题将不再是一个难题
ESD培训教材
ISSUE1.0
目录
课程说明1
课程简介1
培训目标1
参考资料1
第1章概述2
1.1目的2
1.2适用范围2
1.3内容提要2
第2章机房条件3
2.1温湿度条件3
2.2机房地板、工作台等材料3
2.3静电保护接地要求3
第3章防静电包装4
3.1防静电包装适用对象4
3.2防静电包装材料4
第4章防静电工具9
第5章防静电操作规程10
第6章防静电标识11
附、常用测试仪、工具操作指引12
一、防静电腕带测试介绍12
课程说明
课程简介
本课程主要有三个内容:
l技术支援部ESD培训。
主要介绍了静电的基础知识、静电防护环节、静电防护工具。
l防静电操作规范。
主要讲述了静电操作的基本规范。
lESD控制操作指导书。
详细介绍了ESD控制操作的步骤和方法。
培训目标
学完本课程后,学员能够:
l了解静电基本理论及危害。
l掌握工程安装、维护工作中正确的防静电操作方法。
参考资料
lDKBA0.100.0027静电放电控制规范
lSJ/T10533电子设备制造防静电技术要求
lSJ/T10630电子元器件制造防静电技术要求
第1章概述
1.1目的
貫徹靜電放電控制規範,指導現場安裝、維護工作中防靜電基本操作,預防、消除靜電危害,保證産品質量。
1.2適用範圍
人員:
適用于技術支援部、各合作公司及使用華爲公司設備的用戶單位從事安裝、維護、技術支援的所有人員。
場所:
技術支援部各産品實驗機房;
培訓一營、用戶培訓中心機房;
用戶機房。
1.3內容提要
機房條件
防靜電包裝
防靜電工具
防靜電操作規程
第2章機房條件
2.1溫濕度條件
2.1.1機房環境的溫濕度在産品安裝手冊中有具體要求,若産品安裝手冊中沒有明確的,建議參考以下要求:
溫度:
20~30℃
相對濕度(RH):
30~70%
2.1.2機房內應配備溫度計和濕度計,值班人員在每班次上班之前作一次記錄。
當相對濕度超出本文2.1.1規定的範圍時,須採取適當的加濕或抽濕措施,如往地面噴灑適量水、使用加濕器或抽濕機等。
2.2機房地板、工作臺等材料
1、機房內應避免使用以下易産生靜電荷的非防靜電材料:
A)油漆或浸漆表面、普通塑膠帖面、普通乙烯及樹脂表面的工作臺;
B)塑膠及普通地板革、抛光打蠟木地板、普通乙烯樹脂的地板。
2、避免在機房內直接使用木質地板或鋪設毛、麻、化纖地毯及普通地板革。
3、維護操作臺上宜布放防靜電台墊,並保證台墊良好接地,禁止在維護操作臺上堆放易産生靜電的塑膠、化纖、毛、麻等雜物。
2.3靜電保護接地要求
機房應有保護接地排,設備保護接地嚴格按照各産品接地規範要求進行接地。
第3章防靜電包裝
3.1防靜電包裝適用物件
3.1.1所有靜電敏感器件(ESSD,ElectrostaticSensitiveDevices)在進行包裝、攜帶、儲存、分發時,都必須採用防靜電措施。
3.1.2華爲公司的靜電敏感器件主要有:
積體電路(IC)、場效應管(MOS管)、光電器件、厚膜(元件)、單板、介面卡等。
3.1.3積體電路(IC)、場效應管(MOS管)應存放在專用的防靜電包裝塑膠管中或防靜電專用託盤上,元器件應排列整齊有序,禁止將IC、MOS管堆疊在一起。
(注:
專用的防靜電包裝塑膠管、防靜電專用託盤由備件庫提供。
對於在用戶處沒有防靜電塑膠盒或專用託盤的情況,可將晶片插在紅色的防靜電成型泡沫上,用防靜電帶包裝好,注意晶片之間要隔離,避免外力或相互之間摩擦而損傷晶片。
)
3.1.4厚膜(元件)應存放在防靜電專用託盤(或紅色的防靜電成型泡沫)中,或插放在粉紅色的防靜電泡沫上,注意排列整齊有序,禁止堆疊。
3.1.5單板應採用防靜電屏蔽袋或防靜電吸塑盒包裝,防靜電屏蔽袋應用防靜電膠帶封口。
3.1.6各種電腦介面卡(如網路介面卡、聲效介面卡、顯示介面卡等)、各種電腦元件(如軟碟驅動器、硬碟驅動器、光碟驅動器等)單獨攜帶時都應採用防靜電包裝。
3.1.7公司生産的路由器等終端産品,應採用粉紅色的防靜電袋包裝。
3.1.8插框進行帶板運輸時(如B型機插框、SBS155插框、SBS2.5G插框等),必須用粉紅色的防靜電袋包裝。
3.1.9機櫃進行整機帶板運輸時,必須用粉紅色的防靜電袋包裝。
3.2防靜電包裝材料
3.2.1防靜電包裝材料的體積電阻要求:
104Ω/cm~1011Ω/cm
防靜電包裝材料的表面電阻要求:
3.2.2公司常用的防靜電包裝材料主要有以下幾種
1)防靜電屏蔽袋,如圖3-1:
防靜電屏蔽袋一般用於裝有靜電敏感器件的單板包裝。
圖3-1
2)防靜電吸塑盒,如圖3-2:
防靜電吸塑盒用於單板包裝。
圖3-2
3)防靜電塑膠袋(粉紅色),如圖3-3:
防靜電塑膠袋用於靜電敏感較低的部件包裝,比如帶板運輸的插框、有金屬外殼的終端、以及帶板運輸的機架。
圖3-3
4)防靜電泡膜(粉紅色),如圖3-4:
用於包裝箱中填充材料,降低包裝中貨物之間相互撞擊。
圖3-4
5)防靜電紙箱如圖3-5:
用於單板存放、運輸中的包裝,與防靜電泡膜一樣,使包裝箱內不會因材料産生較多靜電電荷。
圖3-5
3.2.3外觀要求
有刺傷、燙傷、鬆弛、穿孔、破裂、粘連、異物附著、複合層脫離情況的防靜電材料應停止使用。
3.2.4包裝型材的選取
物料類別元器件元件單板部件整機
典型包裝
型材IC管、防靜電託盤或圓盤防靜電成型泡沫防靜電屏蔽袋、防靜電吸塑盒、防靜電泡沫盒防靜電袋(PE或遮罩袋)防靜電袋(PE或遮罩袋)
說明:
此處僅對有防靜電要求的物料而言,無防靜電要求的包裝物料不受此限。
3.2.5防靜電包裝操作指引
1、管式包裝的IC晶片裝入與取出,應按以下要求進行操作。
①開啓擋銷或管塞;
②用防靜電工具將IC送往管口;
注意:
嚴禁直接用手接觸IC,特別是其引腳。
用手接觸IC須戴防靜電手套或指套。
③將管子末端略向下傾斜,使IC輕輕滑入管內;
④插上擋銷或管塞。
嚴禁急速倒轉或晃動IC管,以免IC在管內發生猛烈碰撞。
如圖3-6所示:
圖3-6
2、託盤包裝操作指引
一般情況下使用原防靜電託盤,託盤外部用防靜電材料包裝。
這類託盤通常有特定的形狀和尺寸規格,物料排列應整齊有序,如圖3-7。
圖3-7防靜電託盤包裝
3、防靜電袋(吸塑盒)包裝操作指引
①檢查防靜電屏蔽袋內外層及隔震外套(氣泡袋)是否完好無損;
②將靜電敏感器件或元件放入對應規格的遮罩袋(吸塑盒)中;
③應使用防靜電膠帶將遮罩袋口封上,吸塑盒需將其嚙合處扣緊。
圖3-8a防靜電屏蔽袋包裝圖3-8b防靜電吸塑盒包裝
外層泡沫袋以後改爲粉紅色材料)
A、每個防靜電屏蔽袋原則上只能裝一塊單板元件,特殊情況下需同時裝多塊小板時必須用內袋層或其他防靜電材料相互隔開,不得直接接觸混放。
B、嚴禁將靜電敏感器件及元件置於隔震外套(即氣泡袋)等非防靜電材料上。
C、對防靜電屏蔽袋或防靜電吸塑盒封裝應採用防靜電膠帶,避免使用普通膠帶。
4、部件與整機包裝
對於用戶要求退貨的部件(如插框)和整機帶板運輸時,要使用防靜電材料(如防靜電袋等)對其進行整體包裝。
5、禁止使用非防靜電材料,如拉伸膜等易産生高壓靜電的絕緣材料包裹靜電敏感器件及其元件。
6、其他包裝要求:
對於非防靜電包裝要求,本文不涉及。
第4章防靜電工具
辦事處備件庫、設備機房和安裝維護人員一般需配備以下常用的防靜電工具:
1.安裝、維護人員:
l防靜電腕帶
l防靜電手套
l防靜電工具
2.備件庫房:
l防靜電工作服
l防靜電包裝材料(防靜電屏蔽袋、防靜電塑膠袋、包裝泡沫、防靜電紙箱)
l防靜電工作臺台墊
l防靜電腕帶測試儀
3.用戶單位
l防靜電屏蔽袋、防靜電塑膠袋、包裝泡膜、包裝紙箱
l防靜電台墊
4.防靜電工具使用注意事項
l防靜電腕帶電阻需定期測試,建議每月測試一次;
對於測試結果不滿足要求的防靜電腕
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