ESD基本原理和设计规则
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25
2013年7月25日星期四
３．Notebook ESD测试点
这些测试点主要是模拟人在正常
情况下，使Notebook时可能触及 的点及表面。
2013年7月25日星期四
3
2. 静电的产生机理
一个充电的导体接近另一个导体时，就有可能发生
ESD。首先，两个导体之间会建立一个很强的电场，产生 由电场引起的击穿。两个导体之间的电压超过它们之间空
气和绝缘介质的击穿电压时，就会产生电弧。在0.7ns 到
10ns 的时间里，电弧电流会达到几十安培，有时甚至会超 过100 安培。电弧将一直维持直到两个导体接触短路或者
电流低到不能维持电弧为止。
2013年7月25日星期四
4
3.ESD的危害
器件损坏或击穿 内部电路立即并且永久性损坏．
性能退化或潜在性失效 元件内部电路的损坏未被发现,但在随后的市场应 用中可能失效.
2013年7月25日星期四
5
4. ESD 问题现状
随着半导体工艺技术的进步,制造出的芯片几何尺 寸和线宽越来越小,而脚位却越来越多, 这使得IC 更加容易受ESD问题的影响. 发展到如今的低电导封装技术却没有相应的提高 芯片的本征电阻以应对键合产生的高频ESD脉冲. 没有考虑材料类型的自动化系统的应用最终导致 器件的失效.
chassis ground. (e.g. LCD, HDD, ODD...)
PCB for all uncovered portion for main board and daughter board, need shield to GND / isolation. (e.g. PCMCIA...)
IEC 1000-4-2 Test Levels
Contact Discharge Air Discharge
Level Test Voltage (KV) Level Test Voltage (KV) 1 2 1 2 2 4 2 4 3 6 3 8 4 8 4 15 x* Special x* Special - "x" is an open level. The level has to be specified in the dedicated equipment specification. If higher voltages than those shown are specified, special test equipment may be needed.
2013年7月25日星期四
24
Test procedure
System Setting: Suspend and Standby disable and All function performed. Running Custom H-Pattern. Test Points Selection: Quick scan will be performed. (interval set to 20P/1Sec.) Each weak point must be charged for 10 times. – Interval : 1P/1Sec. – Polarity : Plus & Minus. Observing the system status if any degradation.
放电产生的直接电荷注入。
2013年7月25日星期四 13
尽可能使用多层PCB,尽量地将每一个信号层都紧 靠一个电源层或地线层。 要确保信号线尽可能短。信号线的长度大于12 英 寸时，一定要平行布一条地线。 确保信号线和相应回路之间的环路面积尽可能小。 对于长信号线每隔几厘米或几英寸调换信号线和
2013年7月25日星期四
22
IEC 1000-4-2 Bench Test Specification
2013年7月25日星期四
23
Measurement caution
Make sure Test Environment and SETUP is compliance with IEC 61000-4-2. Make sure ESD Ground cable clearly being fixed on GND plane. Make sure Discharge Tip is intended for you. Make sure Power off before Discharge Tip being replaced.
地线的位置来减小环路面积。
2013年7月25日星期四 14
确保电源和地之间的环路面积尽可能小，在靠 近集成电路芯片每一个电源管脚的地方放置一个
高频电容。
避免在PCB边缘安排重要的信号线，如时钟和 复位信号等.
将PCB上未使用的部分设置为接地面.
机壳地线与信号线间隔至少为4毫米.
2013年7月25日星期四 15
Inverter/Inverter cable:
May need to be shielded by metal cover,
and cable need shield and grounding.
2013年7月25日星期四
10
Module:
Module chassis ground have to contact system
ESD 基本原理和设计规则
2013年7月25日星期四
1
ESD Basic Principle and Test Introduction
一、 ESD的概念
二、 Notebook抗ESD的设计规则
三、 ESD相关法规与测试要求 四、 ESD GUN Operation
2013年7月25日星期四 2
一、 ESD概念
2013年7月25日星期四
18
２. 相关测试要求
IEC 1000-4-2:1995 Standard IEC 1000-4-2 Current Waveform IEC 1000-4-2 Test Levels IEC 1000-4-2 Bench Test Specification Measurement caution Test procedure
2013年7月25日星期四
12
PCB中的设计规则
PCB布线是ESD防护的一个关键要素，合理的
PCB设计可以减少故障检查及返工所带来的不必
要成本。
瞬态电压抑制器(TVS)简称TVS是一种二极管形式 的高效能保护器件。在PCB设计中，从连接器出 来的信号线和地线要直接接到瞬态保护器，然后 才能接电路的其它部分。这样能有效抑止因ESD
Heat-sink fan : Have to be grounded to chassis.
9
2013年7月25日星期四
Daughter board :
With chassis ground ME secured by
screw, Top Pave GND as discharge path.
internal speaker, LCM latch/hook should have : Proper grounding protection to chassis.
2013年7月25日星期四
8
All screws: Have to be GND (especially for RAM door and mini-PCI cover...) If not possible, it is necessary to have less then 1mm Spacing for the traces around the non-GND screws boss, for sensitive trace (e.g. CLK trace….)
2013年7月25日星期四
Test environments : 15C to 35C, 30% to 60% RH, 86kPa to 20 106kPa.
IEC 1000-4-2 Current Waveform
60ns
Very fast rise time: Tr < 1nS
2013年7月25日星期四 21
need up/down ground to chassis when design
ME contact.
Internal Keyboard cable: Can not come from the board edge. If not possible, the cable may have to be protected by ground shield.
System Under Test
Terminal B
Discharge from 150 pF capacitor through 330 ohm resistor 6 ESD pulses • 3 positive, 3 negative Used for system characterization ―Contact‖ v. ―Air‖ discharge • Different levels • Different applications
2013年7月25日星期四
19
IEC 1000-4-2:1995 Standard
IEC 1000-4-2:1995 “Contact Discharge” Test Configuration
Terminal A
Dual Polarity ESD Pulse Generator (150 pF capacitor discharging through 330 ohm resistor)
要特别注意复位、中断和控远离输入和输出电路。 3.远离PCB板边缘。
在能被ESD 直接击中的区域，每一个信号线附近
都要布一条地线。I/O 电路要尽可能靠近对应的连
接器。
2013年7月25日星期四
16
三、 ESD相关法规与测试
1. 2. 3.
相关法规 相关测试要求 Notebook ESD测试点
pcb中的设计规则2013年7月6日星期六10me方面的原则2013年7月6日星期六112013年7月6日星期六122013年7月6日星期六132013年7月6日星期六142013年7月6日星期六15pcb中的设计规则2013年7月6日星期六16?尽可能使用多层pcb尽量地将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层
Contact discharge is the preferred test method air discharges are not repeatable Air discharges used where contact discharge cannot be applied No implied equivalence in test severity between the two test methods
2013年7月25日星期四
17
1. 相关法规
EN55024_1998+A1_2001+A2_2003 IEC61000-4-2{ed1.2}2001-04 GBT 17618-1998Idt CISPR24 1997 GBT 17626. 2—1998Idt IEC61000-421995
6
2013年7月25日星期四
二、Notebook抗ESD的设计规则
A. 机构方面的原则
B. PCB中的设计规则
2013年7月25日星期四
7
M/E方面的原则
Switch : (e.g. audio SW, power button, ODD device
bezel), LED indicator, touch pad, track point,
Touch Pad The surface side of touch pad around have to be insulated or Grounding or both.
2013年7月25日星期四
11
I/O Port: All I/O connector with external cable connected,
1. ESD是Electro Static Discharge的缩写，即静电放电．
静电是一种电能,它存在于物体表面,是正负电荷在局部失
衡时产生的一种现象.静电现象是指电荷在产生与消失过 程中所表现出的现象的总称．
• •
•
一些ESD现象实例： 闪电 在干燥天气时，你触摸另一个人产生的电击感觉。 在铺有地毯的地板上行走后，手接触金属门把手产生的电 击。
2013年7月25日星期四
３．Notebook ESD测试点
这些测试点主要是模拟人在正常
情况下，使Notebook时可能触及 的点及表面。
2013年7月25日星期四
3
2. 静电的产生机理
一个充电的导体接近另一个导体时，就有可能发生
ESD。首先，两个导体之间会建立一个很强的电场，产生 由电场引起的击穿。两个导体之间的电压超过它们之间空
气和绝缘介质的击穿电压时，就会产生电弧。在0.7ns 到
10ns 的时间里，电弧电流会达到几十安培，有时甚至会超 过100 安培。电弧将一直维持直到两个导体接触短路或者
电流低到不能维持电弧为止。
2013年7月25日星期四
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3.ESD的危害
器件损坏或击穿 内部电路立即并且永久性损坏．
性能退化或潜在性失效 元件内部电路的损坏未被发现,但在随后的市场应 用中可能失效.
2013年7月25日星期四
5
4. ESD 问题现状
随着半导体工艺技术的进步,制造出的芯片几何尺 寸和线宽越来越小,而脚位却越来越多, 这使得IC 更加容易受ESD问题的影响. 发展到如今的低电导封装技术却没有相应的提高 芯片的本征电阻以应对键合产生的高频ESD脉冲. 没有考虑材料类型的自动化系统的应用最终导致 器件的失效.
chassis ground. (e.g. LCD, HDD, ODD...)
PCB for all uncovered portion for main board and daughter board, need shield to GND / isolation. (e.g. PCMCIA...)
IEC 1000-4-2 Test Levels
Contact Discharge Air Discharge
Level Test Voltage (KV) Level Test Voltage (KV) 1 2 1 2 2 4 2 4 3 6 3 8 4 8 4 15 x* Special x* Special - "x" is an open level. The level has to be specified in the dedicated equipment specification. If higher voltages than those shown are specified, special test equipment may be needed.
2013年7月25日星期四
24
Test procedure
System Setting: Suspend and Standby disable and All function performed. Running Custom H-Pattern. Test Points Selection: Quick scan will be performed. (interval set to 20P/1Sec.) Each weak point must be charged for 10 times. – Interval : 1P/1Sec. – Polarity : Plus & Minus. Observing the system status if any degradation.
放电产生的直接电荷注入。
2013年7月25日星期四 13
尽可能使用多层PCB,尽量地将每一个信号层都紧 靠一个电源层或地线层。 要确保信号线尽可能短。信号线的长度大于12 英 寸时，一定要平行布一条地线。 确保信号线和相应回路之间的环路面积尽可能小。 对于长信号线每隔几厘米或几英寸调换信号线和
2013年7月25日星期四
22
IEC 1000-4-2 Bench Test Specification
2013年7月25日星期四
23
Measurement caution
Make sure Test Environment and SETUP is compliance with IEC 61000-4-2. Make sure ESD Ground cable clearly being fixed on GND plane. Make sure Discharge Tip is intended for you. Make sure Power off before Discharge Tip being replaced.
地线的位置来减小环路面积。
2013年7月25日星期四 14
确保电源和地之间的环路面积尽可能小，在靠 近集成电路芯片每一个电源管脚的地方放置一个
高频电容。
避免在PCB边缘安排重要的信号线，如时钟和 复位信号等.
将PCB上未使用的部分设置为接地面.
机壳地线与信号线间隔至少为4毫米.
2013年7月25日星期四 15
Inverter/Inverter cable:
May need to be shielded by metal cover,
and cable need shield and grounding.
2013年7月25日星期四
10
Module:
Module chassis ground have to contact system
ESD 基本原理和设计规则
2013年7月25日星期四
1
ESD Basic Principle and Test Introduction
一、 ESD的概念
二、 Notebook抗ESD的设计规则
三、 ESD相关法规与测试要求 四、 ESD GUN Operation
2013年7月25日星期四 2
一、 ESD概念
2013年7月25日星期四
18
２. 相关测试要求
IEC 1000-4-2:1995 Standard IEC 1000-4-2 Current Waveform IEC 1000-4-2 Test Levels IEC 1000-4-2 Bench Test Specification Measurement caution Test procedure
2013年7月25日星期四
12
PCB中的设计规则
PCB布线是ESD防护的一个关键要素，合理的
PCB设计可以减少故障检查及返工所带来的不必
要成本。
瞬态电压抑制器(TVS)简称TVS是一种二极管形式 的高效能保护器件。在PCB设计中，从连接器出 来的信号线和地线要直接接到瞬态保护器，然后 才能接电路的其它部分。这样能有效抑止因ESD
Heat-sink fan : Have to be grounded to chassis.
9
2013年7月25日星期四
Daughter board :
With chassis ground ME secured by
screw, Top Pave GND as discharge path.
internal speaker, LCM latch/hook should have : Proper grounding protection to chassis.
2013年7月25日星期四
8
All screws: Have to be GND (especially for RAM door and mini-PCI cover...) If not possible, it is necessary to have less then 1mm Spacing for the traces around the non-GND screws boss, for sensitive trace (e.g. CLK trace….)
2013年7月25日星期四
Test environments : 15C to 35C, 30% to 60% RH, 86kPa to 20 106kPa.
IEC 1000-4-2 Current Waveform
60ns
Very fast rise time: Tr < 1nS
2013年7月25日星期四 21
need up/down ground to chassis when design
ME contact.
Internal Keyboard cable: Can not come from the board edge. If not possible, the cable may have to be protected by ground shield.
System Under Test
Terminal B
Discharge from 150 pF capacitor through 330 ohm resistor 6 ESD pulses • 3 positive, 3 negative Used for system characterization ―Contact‖ v. ―Air‖ discharge • Different levels • Different applications
2013年7月25日星期四
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IEC 1000-4-2:1995 Standard
IEC 1000-4-2:1995 “Contact Discharge” Test Configuration
Terminal A
Dual Polarity ESD Pulse Generator (150 pF capacitor discharging through 330 ohm resistor)
要特别注意复位、中断和控远离输入和输出电路。 3.远离PCB板边缘。
在能被ESD 直接击中的区域，每一个信号线附近
都要布一条地线。I/O 电路要尽可能靠近对应的连
接器。
2013年7月25日星期四
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三、 ESD相关法规与测试
1. 2. 3.
相关法规 相关测试要求 Notebook ESD测试点
pcb中的设计规则2013年7月6日星期六10me方面的原则2013年7月6日星期六112013年7月6日星期六122013年7月6日星期六132013年7月6日星期六142013年7月6日星期六15pcb中的设计规则2013年7月6日星期六16?尽可能使用多层pcb尽量地将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层
Contact discharge is the preferred test method air discharges are not repeatable Air discharges used where contact discharge cannot be applied No implied equivalence in test severity between the two test methods
2013年7月25日星期四
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1. 相关法规
EN55024_1998+A1_2001+A2_2003 IEC61000-4-2{ed1.2}2001-04 GBT 17618-1998Idt CISPR24 1997 GBT 17626. 2—1998Idt IEC61000-421995
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2013年7月25日星期四
二、Notebook抗ESD的设计规则
A. 机构方面的原则
B. PCB中的设计规则
2013年7月25日星期四
7
M/E方面的原则
Switch : (e.g. audio SW, power button, ODD device
bezel), LED indicator, touch pad, track point,
Touch Pad The surface side of touch pad around have to be insulated or Grounding or both.
2013年7月25日星期四
11
I/O Port: All I/O connector with external cable connected,
1. ESD是Electro Static Discharge的缩写，即静电放电．
静电是一种电能,它存在于物体表面,是正负电荷在局部失
衡时产生的一种现象.静电现象是指电荷在产生与消失过 程中所表现出的现象的总称．
• •
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一些ESD现象实例： 闪电 在干燥天气时，你触摸另一个人产生的电击感觉。 在铺有地毯的地板上行走后，手接触金属门把手产生的电 击。