(完整word版)电子产品防静电设计_图文(精)
电子产品-静电防护设计
电子产品的静电放电防护设计结合微机显示终端的设计经验，就静电放电防护的意义、静电产生的机理、保护电路的要求、常用保护电路的特点、选用原则、PCB布线应注意的事项等进行探讨。
关键词静电放电防护设计保护电路1 引言有些电子设备在正常使用时莫名其妙地发生故障，在排除了其它原因后，就要考虑因静电放电(ESD)造成的损坏。
一个值得信赖的操作员即使在正常的设备操作中也可能因衣服或皮肤带有危害的电荷而使机器“死机”，甚至损坏硬件设备。
现代半导体器件的规模越来越大，布线工艺已达到亚微米阶段，导致了半导体器件对外界应力敏感程度的提高。
ESD对于电路引起的干扰及其对元器件特别是对CMOS电路造成的破坏等问题越来越引起人们的重视。
电路及其构成的电子设备的ESD电敏感度测试也开始作为电磁容性测试的一项重要内容。
本文讨论ESD的机理及电路设计时的保护措施。
2 ESD的机理两种物体相互摩擦时，由于电子与离子的亲和性不同，会在两物体间引起电子与离子的移动，形成一方带正电荷，另一方带负电荷。
当两物体离开后，在各物体上产生额外的电荷，当积累的电荷达到一定量后，电荷会向相反极性的一方迁移，这时就发生放电现象。
人体的转动引起衣服间的相互摩擦，或人在地毯(非防静电地毯)上行走，都会使人体带静电，其电压可达2 kV～15 kV。
众所周知，CMOS器件最怕静电，这是CMOS器件的氧化膜工艺决定的。
当然，不同于早期的CMOS器件，现在的CMOS器件的引脚内部都设有保护电路，但由于面积的限制，其等效二极管的结面积不可能很大，从而使其能力十分有限。
因此，在使用CMOS器件设计系统的接口电路(包括系统内各模块之间的接口)时仍然要考虑加保护电路。
3 保护电路一个良好的电子系统设备应该在电路设计的最初阶段就考虑瞬态保护要求。
保护电路的基本原理是，使用电压箝位电路阻止高压进入栅极，同时提供大电流分流通道。
有多种电路设计可以达到ESD保护的目的，但选用时必须考虑以下原则，并在性能和成本之间加以权衡：.速度要快，这是ESD干扰的特点决定的；.能应付大的电流通过；.考虑瞬态电压会在正、负极性两个方向发生；.对信号增加的电容效应和电阻效应控制在允许范围内；.考虑体积因素；.考虑产品成本因素。
电子产品静电防护
防静电护腕的使用
防静电护腕可以有效地防止手腕部位产生静 电。
在需要操作敏感电子元器件时，应使用防静 电护腕，并确保其与手腕紧密贴合，避免产
生手腕静电。
06
静电防护的发展趋势与展 望
新型静电防护材料的研究与应用
高分子材料
研究具有优异静电性能的高分子材料，提高材料 的绝缘性、耐热性、耐候性和加工性能。
人体静电防护
教育用户在接触家用电器时采取防静电措施，如佩戴防静电手环或 脚环，以防止人体携带静电荷。
工业电子设备静电防护
1 2
设备接地
将工业电子设备如生产线上的测试仪器、电子显 微镜等设备的金属外壳接地，以防止静电荷积累 和潜在的静电放电。
防静电工作台
使用防静电工作台，在工作台上铺设防静电垫， 以防止静电荷积累和潜在的静电放电。
防静电鞋
穿戴后能够有效避免静电荷的积 累和传导，保护操作人员的脚部
安全。
04
电子产品静电防护应用
Байду номын сангаас 家用电器静电防护
防静电表面保护
为家用电器如电视、冰箱、洗衣机等设备的操作面板和外壳提供 防静电保护，防止静电荷积累并避免潜在的静电放电损害。
插头接地
确保家用电器的插头接地良好，以防止静电荷积累和潜在的静电放 电。
接地与屏蔽
接地
将电子设备的外壳、电路板、电缆等与大地相连，以防止静电荷积累和放电。接 地可以有效地将电子设备上的静电荷引入大地，从而避免静电荷积累和放电。
屏蔽
使用金属屏蔽材料将电子设备或电路板包围起来，以防止静电荷的干扰和影响。 例如，使用金属屏蔽罩将电路板罩住，以避免静电荷对电路板的影响。
滤波与防雷
防静电鞋子的使用
电子产品的静电防护
在电子元器件的生ห้องสมุดไป่ตู้过程中，由于摩擦、感应等原因 会产生静电。
静电危害
静电会导致电子元器件性能下降，甚至造成产品损坏 。
静电防护措施
设计电子元器件时，采用防静电材料和结构，如增加 保护电路、采用导电材料等。
某电子产品在研发阶段的静电防护措施
静电产生
静电危害
静电会导致产品性能下降，甚至造成产品损坏。
测试方法
在特定测试环境中设置静电感应干扰源，对被测 电子产品进行感应抗扰度测试。
静电场强测量与评估
测试目的
测量电子产品周围静电场的强度，以评估静电对产品的影响程度 。
测试原理
利用静电场测量设备，对被测电子产品周围的静电场强进行定量测 量。
测试方法
将被测电子产品放置在特定测试环境中，利用静电场测量设备对其 周围静电场强进行测量。
防静电包装材料与标识
防静电包装材料
使用防静电包装材料对电子产品进行包装，如防静电袋、防静电盒等，以防止 静电对电子产品产生不良影响。
标识要求
在防静电包装上标注静电敏感标识，提醒操作人员注意防静电要求。
电子产品的静电防护设计
电路设计
在电路设计中采取防静电措施， 如采用抑制ESD器件、增加保护 电路等，提高电子产品的抗静电
在电子产品研发阶段，由于测试、调试等原 因会产生静电。
静电防护措施
在产品设计阶段，考虑采用防静电材料和结 构，制定防静电操作规范，进行静电防护培 训等。
THANK YOU
2. 火花放电
高电压可能导致物体间产生火花放电，特 别是在易燃易爆场所，可能引发火灾或爆 炸。
1. 电击
高电压可能直接电击人体，特别是对孕妇 和胎儿的电击危害更为严重。
电子产品静电防护(PPT)
静电防护标准的完善和推广
要点一
总结词
要点二
详细描述
完善静电防护标准并推广是保障电子产品安全的重要措施 。
随着电子产品制造行业的快速发展，静电防护标准的制定 和完善显得尤为重要。未来，静电防护标准将更加严格， 并覆盖更多的电子产品和应用领域。同时，通过国际合作 和交流，这些标准将得到更广泛的推广和应用，为保障全 球电子产品安全发挥更大的作用。
防静电表面
工作台表面应采用防静电材料，如防 静电桌垫、防静电椅套等，以防止静 电荷积累。
接地连接
工作台应具备接地功能，确保工作台 上的电子设备能够通过接地线连接到 大地，从而消除静电荷。
防静电包装
防静电材料
包装材料应采用防静电材料，如防静电气泡袋、防静电纸盒等，以防止静电荷 对电子设备造成损害。
接地措施
静电防护可以提高电子产品的抗干扰能力，降低电磁干扰对周围环境的影响，提 升用户体验。
03
电子产品静电防护措施
接地措施
接地系统
为电子设备建立良好的接地系统 ，将设备的外壳或关键部分连接 到大地，以消除静电荷积累。
防雷击保护
在雷电天气下，接地措施还能起 到防雷击的作用，保护电子设备 免受雷电损害。
防静电工作台
05
静电防护的未来发展
新型静电防护材料的研发
总结词
随着科技的不断进步，新型静电防护材 料的研发成为未来的重要发展方向。
VS
详细描述
科研人员正在研究具有优异导电性能、耐 久性和环保性的新型材料，以替代传统的 防静电材料。这些新型材料可能包括纳米 材料、生物材料等，它们在提高静电防护 性能的同时，还能降低生产成本，更加符 合可持续发展的要求。
静电对电子产品的损害
电子产品的静电防护
04
电子产品的静电防护设计
防静电包装设计
防静电包装材料
选择具有防静电性能的包装材料，如防静电袋、防静电盒等， 以有效地防止静电荷的产生和积累。
接地设计
在包装上设置接地端子或导电材料，确保产品在运输或存储过程 中能够有效地接地，从而防止静电荷的产生和积累。
警示标识
在包装上明确标示产品对静电的敏感程度，提醒操ห้องสมุดไป่ตู้人员注意防 静电措施。
建立完善的防静电管理体系，包括防静电设 施的日常维护、使用记录、检查检测等方面 ，以确保防静电设施的正常运行。
增加防静电设施
培训员工
在电子产品的生产、储存、运输等环节中， 增加防静电设施，如防静电工作台、防静电 包装等，以减少静电的产生和积累。
对电子产品生产过程中的操作人员进行防静 电培训，使其掌握正确的操作方法和注意事 项，以减少静电的产生和危害。
THANK YOU.
随着科技的进步，静电防护技术也在不断发展。未来，静电防护将更加注重预防 和综合治理，包括提高设备对静电的敏感度、优化产品设计、采用新型材料等， 以实现更高效、更可靠的静电防护。
加强电子产品静电防护的建议与对策
提高防静电意识
建立防静电管理体系
加强员工对静电危害的认识，提高防静电意 识，是防止静电危害的基础。
05
电子产品的静电防护应用案例
消费类电子产品的静电防护案例
智能手机
为了避免静电对手机内部元器件 的影响，通常会在手机的外壳上 安装防静电元件。
平板电脑
与智能手机类似，平板电脑也需 要进行静电防护，通常会采用相 同的防静电元件和措施。
笔记本电脑
笔记本电脑由于体积较大，内部 电路复杂，因此对静电的防护要 求更高。通常会在电路板上安装 防静电元件，以避免静电对电脑 内部元器件的影响。
电子产品的静电防护
02
电子产品的静电防护措施
防静电工作区域设置
区域划分
将工作区域划分为防静电区域和普通区域，并采取相应的防静电措施，以避免静 电对电子产品的影响。
地板铺设
防静电工作区域的地面应铺设防静电地板，以消除人体和设备之间的静电。
人员及工具的静电防护
人员着装
工作人员应穿着防静电工作服和防静电鞋，以消除人体带电 的风险。
2023
电子产品的静电防护
contents
目录
• 静电防护基本知识 • 电子产品的静电防护措施 • 电子产品的静电防护应用 • 静电防护材料及选择 • 静电防护的检测与评估 • 静电防护常见问题及解决方案
01
静电防护基本知识
静电的产生与危害
静电产生
摩擦、接触和分离等常规操作可导致电荷的转移和积累，从 而导致静电的产生。
静电危害
静电放电可能导致电子产品的电路短路、元器件损坏、数据 丢失等问题，严重影响电子产品的性能和寿命。
静电防护的必要性
提高产品可靠性
有效的静电防护可以降低静电对电子产品的损害，提高产品的可靠性和稳定 性。
保障人员安全
静电放电产生的电流可能对操作人员造成电击，甚至引发火灾等安全事故。
静电防护的基本原理
静电防护设施不完善
防静电设施配备不足，无法有效导出静电荷。
工作区内操作人员未配备防静电手环等防护用品，增加静电 放电的风险。
THANK YOU.
消费类电子产品
静电对消费类电子产品的影响
静电放电（ESD）和静电感应（ESL）会对消费类电子产品造成多种影响，如界 面卡滞、数据丢失、元件损坏等。
消费类电子产品静电防护措施
采用防静电材料、传导材料和耗散材料等，对产品进行整体防护或关键部位防护 。
电子产品静电的产生及解决办法(精)
电子产品静电的产生及解决办法首先, 从静电产生的机理来看, 应该从降低有关物体的绝缘度着手, 使两物体即使摩擦也不产生和少产生静电, 对次有以下一些主要措施:1.保持环境有一定的湿度。
实践证明,北方地区或在干燥的冬季,因静电产生故障的事例要远远大于在东南沿海地区或其他季节, 所以在一些重要场所,如计算机机房、实验室、电子仪器的装调车间应考虑保持一定湿度的问题, 特别是对那些封闭形的空调房间, 更应有一定控制湿度的设备。
2.铺设防静电地板或地毯。
目前已有这种具有一定导电性能的塑料地板或地毯产品,能十分有效抑制由于人的行走产生静电。
3.使用离子风枪、离子头、离子棒等设施,使在一定范围内防止静电产生。
4.半导体器件应盛放在防静电塑料盛放器或防静电塑料袋中,这种防静电盛放器有良好导电性能,能有效防止静电的产生。
当然,有条件的应盛放在金属盛放器内或用金属箔包装。
5.对于操作人员应在手腕上带防静电手带,这种手带应有良好的接地性能,这种措施最为有效。
防静电小常识静电是一种客观的自然现象,产生的方式很多,如接触、磨擦、冲流等等。
其产生的基本过程可归纳为:接触→ 电荷→ 转移→ 偶电层形成→ 电荷分离。
设备或人体上的静电最高可达数万伏以至数十万伏,在正常操作条件下也常达数百至数千伏。
人体由于自身的动作及与其它物体的接触 -分离、磨擦或感应等因素,可以带上几千伏甚至上万伏的静电。
静电是正、负电荷在局部范围内失去平衡的结果。
它是一种电能, 留存在物体表现, 具有高电位、低电量、小电流和作用时间短的特点。
静电控制的主要措施有:静电的泄漏和耗散、静电中和、静电屏蔽与接地、增湿等。
静电放电引起的元器件击穿损害是电子工业最普遍、最严重的静电危害, 它分硬击穿和软击穿。
硬击穿是一次性造成元器件介质击穿、烧毁或永久性失效;软击穿则是造成器件的性能劣化或参数指标下降。
静电敏感元器件和印制电路板在生产过程中工序之间的传递和储放,必须使用防静电上料箱、元件盒、周转箱、周转托盘等。
电子产品防静电设计
誠信科技股份有限公司陳榮達2003. 8. 25目錄1. 前言2.靜電放電的型式3. 靜電放電測試法規4.系統產品靜電測試4.1. IEC 51000-4-2測試電壓規定4.2 IEC 61000-4-2 測試結果評估判定5.電子產品之ESD 防制設計5.1. ESD的防護設計由PCB 階段開始做起5.2. 在PCB上對ESD保護常用之設計技術5.3.系統產品之ESD防護6. 結語1. 前言靜電對電子產品的傷害一直是不易解決的問題，正常操作的電子產品一但受到靜電的放電(ESD) 的作用時，常會出現一些不穩定的現象，如功能突然失常情形等，輕者須重開機才能排除，有時電子產品內的電子元件會不堪承受靜電的電壓或電流而損壞。
為確保電子產品的功能，國際知名廠商都要求代工的產品必須符合國際規範IES 61000-4-2 ESD測試才會接受。
然而欲使電子產品具靜電防制能力，除了從半導體元件的防護更需從產品系統設計防制技術等兩方面著手，才能發揮靜電的防護功能。
2.靜電放電的型式靜電放電的模式通常可以分為機器裝置放電模式(Machinery ESD model)、家俱放電模式(FurnitureESD model)、人體放電模式(Personnel ESD model)等三類。
簡單說明如下:機器裝置放電模式較容易在自動化的控制流程中發生，因在自動化機器中被絕緣之金屬元件與絕緣體的摩擦、或是絕緣液體或高壓氣體等流過摩擦產生的靜電，當能量累積到某程度而對鄰近形成放電的情形。
家俱放電模式通常發生在金屬家俱與絕緣物體的摩擦，如在地毯上或塑膠地板拉動家俱，或是人從椅子上站起來瞬間的摩擦產生靜電。
人體放電模式是因人體的動作摩擦產生靜電，如我們穿膠鞋在地毯行走時，因摩擦使地毯帶正電膠鞋帶負電，此時人體腳底會感應而帶正電，同時使上半身帶負電, 若這時候如用手接觸半導體電子元件,會導致該元件損壞。
上述三種形式的靜電放電對半導體製程和電子產品組裝都顯得很重要，其中以人體放電模式所產生的放電電壓，對電子產品(半導體元件)之傷害問題最廣，因此國際間對電子產品防護人體放電模式的法規要求日益嚴謹，即使半導體電子元件在出廠前通過零件標準法規的靜電測試，被安裝到成品後經常仍未能通過系統產層次的法規要求。
(完整word版)生产车间防静电技术要求(word文档良心出品)
文件编号：发放号：受控状态：生产车间防静电技术要求编制：审核：批准：发布日期：生效日期：文件发行及更改记录表1范围本标准规定了本公司生产车间静电防护的技术要求；本标准适用于本公司产品生产、物料存放、试验现场的防静电控制。
2术语2.1防静电工作区（EPA）配备各种防静电设备和器材、能限制静电电位、具有确定边界和专门标记且满足防静电要求，为建立保护面积和进行保护性操作所必须配置的设施和工具的统称，如有静电敏感元器件和组装件操作的生产区和物料存放区域。
2.2硬接地（hard ground）直接与大地电极做导电性连接的一种接地方式。
2.3软接地（soft ground）通过一足以限制流过物体的电流达到安全值的电阻连接到大地电极的一种接地方式。
2.4大地电极(earth electrode)埋于地下与大地保持良好的电气连接的金属体或金属体组。
他可以是杆状的、板状的或网状的，为接地系统提供接大地的基准点。
2.5静电耗散材料（dissipative materials）其表面电阻率等于或大于1×105Ω，但小于1×1012Ω；或体积电阻率等于或大于1×104Ω•cm，但小于1×1011Ω的材料。
3 一般要求3.1防静电标记符号在防静电工作区应在明显的位置贴静电防护标志，如图3-13-1 静电防护标志3.2工作人员在进入防静电工作区时，须穿戴好防静电工作服、工作鞋。
3.3工作人员对静电敏感元器件、组装件进行操作时，须戴好ESD防护腕带，并测试合格。
3.4指定人员定期测量并记录车间环境条件。
4详细要求4.1气候与环境条件4.1.1温度EPA内应装有温度调节装置，以维持其室温在25±5℃，采用准确度优于±2℃的温度计测量EPA 的室温，并在每日的同一时间进行测量并记录。
记录表见附表14.1.2湿度EPA内应装有湿度调节装置，以维持室内相对湿度在30~70%RH范围内。
电子产品的静电防护
电子产品的静电防护xx年xx月xx日contents •静电的基本概念•电子产品的静电防护设计•静电对电子产品的危害•电子产品的静电防护措施•电子产品的静电防护检测与评估目录01静电的基本概念•静电是指静止状态下的电荷，通常是由摩擦、接触或感应等原因而产生的，存在于物体表面或内部的静止电荷。
静电的定义•摩擦起电是静电产生的主要途径，当两种不同材料相互摩擦时，其中一种材料失去电子而带正电荷，另一种材料获得电子而带负电荷。
例如，在干燥的室内环境中，人体与衣物、地毯等摩擦会产生静电。
静电的产生•静电会产生强大的电场，可能引起电子设备的误动作、故障甚至损坏。
静电放电会产生瞬时大电流，可能导致电子设备内部组件的热熔、烧焦或短路等危害。
此外，静电吸附灰尘和杂质，影响电子设备的散热和绝缘性能。
静电的影响02电子产品的静电防护设计常见的导电材料包括金属、碳纤维、石墨烯等，这些材料具有良好的导电性能，能够有效防止静电的积累。
导电材料导电涂料是一种能够涂覆在电子产品表面形成一层导电膜的材料，能够有效释放静电，防止静电对电子产品的影响。
导电涂料防静电材料的选择增加滤波器在电路板入口处增加滤波器，可以过滤掉一部分静电，减少静电对电路板的影响。
电路板的接地将电路板通过导线连接到大地，可以有效释放静电，避免静电对电路板的影响。
电路板的防静电设计使用防静电元件在选择电子元件时，可以选择具有防静电功能的元件，能够有效防止静电对电子产品的影响。
元件内部的放电对于一些大型和昂贵的电子元件，可以在其内部增加放电二极管等装置，以将静电引导到地线或机壳上。
电子元件的防静电设计03静电对电子产品的危害静电放电可能导致半导体元件性能参数劣化，如阈值电压、放大倍数、电容值等。
元件性能参数劣化可能引发误操作或故障，影响电子产品的稳定性和可靠性。
元件性能下降静电放电可能引起电路板上的静电击穿，导致短路、断路、元件烧毁等问题。
电路板损坏可能引发系统故障，甚至导致整个电子产品无法正常工作。
电子产品制造如何消除静电与防止静电(PPT31页)
品不必要的接触。
8） 服从ESD敏感区域，ESD安全纪律要求。
9） 如果你对ESD有不清楚的可以联系本地ESD控制部门。
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ESD Control
ESD控制
ESD公式
Q + M = ESD
被ESD损毁的产品
电子元件即时失效只占10%
在厂内可被发现
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使电子元件受损的潜在缺陷占90%
在厂内很难被发现
ESD Basic Knowledge
ESD基础知识
决定静电产生多少的因素
1 在地 毯上走路 2 穿普通鞋在ESD地板上走路（不使用腕带） 3 穿ESD安全的鞋在ESD地板上（使用腕带 ）
静电防护安全区域 （ ESD Safe Area)
ESD敏感产品的处理工序依照产品的特点和可能
造成的ESD损坏划分为四个ESD风险等级：
•1A 级 -- 特别高的ESD风险 •1 级 -- 很高的ESD风险 •2 级 -- 较高的ESD风险
（ 以上级别只用行磁头和硬盘生产工序） •3 级 -- 高的ESD风险 （硬盘生产Drive Top Cover安装到位以后
机器或夹具 产品
ESD腕带
工作台
ESD垫子 机器或夹具
产品
ESD地板
ESD净化服
ESD接地铜排 ESD鞋
E N L
ESD地板
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ESD Control
ESD控制
ESD控制 --- 接地
1. 人体通过ESD净化服、ESD鞋及 ESD地板接地接地电阻通常在 1x10e8~ 1x10e9欧姆,这时人体 的静电电位在500V以下。
产品静电防护措施
静电电压测试： 测量产品表面静 电电压
静电场强测试： 测量产品周围静 电场强度
静电放电测试： 模拟产品受到静 电放电的影响
静电敏感度测试： 评估产品对静电 的敏感程度
静电场测试仪：测量静电 场强度和分布
静电电压测试仪：测量静 电电压和极性
静电电流测试仪：测量静 电电流和泄漏电流
静电电阻测试仪：测量静 电电阻和绝缘电阻
防静电服 装：员工 穿着防静 电服装， 防止静电 积累
防静电工 具：使用 防静电工 具，防止 静电积累
防静电环 境：保持 环境湿度， 防止静电 积累
防静电检 测：定期 进行防静 电检测， 确保防静 电措施有 效
静电消除：使用静电消除器， 消除物体表面的静电
静电屏蔽：使用导电材料进 行屏蔽，防止静电积累
接地线：将设备外壳与接地线连接，防止静电积累 接地电阻：确保接地电阻在规定范围内，保证接地效果 接地点：选择合适的接地点，避免干扰和电磁干扰 接地线长度：根据设备大小和布局选择合适的接地线长度，保证接地效果
防静电地 板：使用 防静电地 板，防止 静电积累
防静电工 作台：使 用防静电 工作台， 防止静电 积累
IEC 61340-5-2：静电放 电（ESD）保护部件的测 试方法
IEC 61340-5-3：静电放 电（ESD）保护部件的测 试方法
IEC 61340-5-4：静电放 电（ESD）保护部件的测 试方法
IEC 61340-5-5：静电放 电（ESD）保护部件的测 试方法
IEC 61340-5-6：静电放 电（ESD）保护部件的测 试方法
碳纳米管：具有高 导电性和高强度， 可应用于静电防护 材料
石墨烯：具有高导 电性和轻质，可应 用于静电防护材料
电子产品静电防护ppt
静电防护设计
在设计工业控制系统时，需要考虑 到信号线缆的防静电设计、接口电 路的防静电设计等。
静电防护措施
使用防静电护套、防静电信号线缆 等工具，对工业控制系统进行静电 防护。
THANKS
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产品可靠性
静电防护可以提高产品的可靠 性，减少故障率
生产效率
避免静电对生产造成的影响，提 高生产效率
法律法规
遵守相Байду номын сангаас法律法规，符合行业标准
静电防护的基本原理和方法
静电防护原理
通过抑制静电的产生和泄漏，使静电场强 度低于阈值
人员管理
对操作人员进行防静电培训和考核，提高 防静电意识
防静电材料
使用防静电材料，如防静电包装材料、防 静电工作台面等
电子产品的静电防护电路设计
输入端防护
在电路的输入端增加适当的电 阻、电容、二极管等元件，以 防止静电放电对电路的冲击。
元件选择
选用具有静电防护功能的元件 ，如ESD保护器等，提高整个电
路的静电防护性能。
PCB板设计
采用合理的PCB板布局和接线， 降低静电放电对电路的影响。
电子产品的静电防护材料选择
电子产品静电防护ppt
xx年xx月xx日
目录
• 静电防护概述 • 电子产品的静电防护设计 • 静电防护元件及选用 • 静电防护措施的实施 • 静电防护的检测与评估 • 静电防护应用案例分析
01
静电防护概述
静电的产生及危害
静电产生
摩擦、接触分离、感应等
静电危害
电子元件损坏、产品不良、安全隐患等
静电防护的重要性和必要性
静电防护元件的安装及使用方法
安装位置
静电防护元件应安装在被保护设备的入口处，以减少静电对 电路的影响。
电子产品制造如何消除静电与防止静电
硬接地 – 指使用接地线对导体材料进行接地，金属硬接地，对地电阻应小于 10 欧姆。 软接地 – 指不使用接地线的接地 ，对地电阻（RTG）应小于 1X10^9 欧姆。
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ESD Control
ESD控制
ESD控制 -- 粘胶带
-- 粘胶带的使用必须控制到最少，如果必须使用，应使用 ESD 安全的胶带如：3M 40 或42 。
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ESD Control
ESD控制
ESD控制 -- ESD安全物料
零部件料盒
ESD 材料 的文件夹
ESD 材料 的椅子
拉圾筒
ESD 屏蔽包
净化纸 & 许可的笔
ESD Tray
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非ESD材料 Tray
PE 袋
普通纸、计算器、普通胶带
保持非ESD材料与我们的ESD敏感产品12英寸以上距离
7） 不要用金属物体接触对ESD敏感产品的暴露的输入电路，减少对ESD敏感产
品不必要的接触。
8） 服从ESD敏感区域，ESD安全纪律要求。
9） 如果你对ESD有不清楚的可以联系本地ESD控制部门。
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ESD Control
ESD控制
ESD公式
Q + M = ESD
“Q” : 在产品或零部件，工具或其它物体（包括人体）上的 静电荷
1. 金属（小电阻）接触
•带静电的物体接触产品 (HBM) •物体接触带静电的产品 (CDM)
2. 电路
•热拔插 •带电测试
间接的方式
静电感应 •不直接接触
电磁干扰（EMI） •不直接接触
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ESD Basic Knowledge
电子产品生产的静电防护20190819下午
• 人体（移动静电源），人在活动时产生的静 电电压从几千伏到几万伏不等（如表0.2所 示）。
• 地板、工作台面、鞋、服装、普通塑料包装 袋、文件袋、泡沫包装盒，没有静电防护的 印制电路板、未接地电烙铁和吸锡器等。
• 打印机、复印机、变压器、发电机等，工作 时会产生感应静电。
9、静电放电敏感度(ESDS)
2、静 电 的 危 害 ：
在电子工业领域，由于ESD的影 响，美国每年造成的损失约100亿 美元，英国每年损失为35亿英镑， 日本不合格的电子器件中有70%是 由静电引起。在我国，因静电造成 的损失也很严重。
49%的电路故障是由静 电引起！
• 静电吸附尘埃，产生短路现象，导致电器损 坏。
静电对电子产品损害的四种形式
• 吸尘 （缩短寿命） • 放电破坏 （完全破坏） • 放电产生热 （潜在损坏） • 放电产生电磁场 （电磁干扰）
静电对电子产品损害的五个特点
• 隐蔽性——人体不能直接感知静电，除非发生静 电放电，但是发生静电放电人体也不一定能有电 击的感觉，这是因为人体感知的静电放电的电压 要达2～3kV，所以静电具有隐蔽性。
1、减少损失（美国一年的损失200多亿美 金，其中电子工业的损失超过100多亿 美金）
2、提高产品质量和可靠性 3、提高生产效率 4、静电防护回报达1：95以上
静电防护的方法
1、控制静电生成环境（尽量减少静电荷 的产生）
2、及时泄放静电（对已产生的静电荷尽 快予以消除）
3、及时中和静电（对已产生的静电荷尽 快予以消除）
3、静电泄放 electrostatic leakage
将静电荷安全传导到地。
4、导体材料 conductive material
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誠信科技股份有限公司陳榮達 2003. 8. 25目錄 1. 前言2.靜電放電的型式3. 靜電放電測試法規4.系統產品靜電測試4.1. IEC 51000-4-2測試電壓規定 4.2 IEC 61000-4-2 測試結果評估判定5.電子產品之ESD 防制設計5.1. ESD的防護設計由PCB 階段開始做起 5.2. 在PCB 上對ESD 保護常用之設計技術 5.3.系統產品之ESD 防護6. 結語1. 前言靜電對電子產品的傷害一直是不易解決的問題，正常操作的電子產品一但受到靜電的放電(ESD 的作用時，常會出現一些不穩定的現象，如功能突然失常情形等，輕者須重開機才能排除，有時電子產品內的電子元件會不堪承受靜電的電壓或電流而損壞。
為確保電子產品的功能，國際知名廠商都要求代工的產品必須符合國際規範IES 61000-4-2 ESD測試才會接受。
然而欲使電子產品具靜電防制能力，除了從半導體元件的防護更需從產品系統設計防制技術等兩方面著手，才能發揮靜電的防護功能。
2.靜電放電的型式靜電放電的模式通常可以分為機器裝置放電模式(Machinery ESD model、家俱放電模式(Furniture ESD model、人體放電模式(Personnel ESD model等三類。
簡單說明如下:機器裝置放電模式較容易在自動化的控制流程中發生，因在自動化機器中被絕緣之金屬元件與絕緣體的摩擦、或是絕緣液體或高壓氣體等流過摩擦產生的靜電，當能量累積到某程度而對鄰近形成放電的情形。
家俱放電模式通常發生在金屬家俱與絕緣物體的摩擦，如在地毯上或塑膠地板拉動家俱，或是人從椅子上站起來瞬間的摩擦產生靜電。
人體放電模式是因人體的動作摩擦產生靜電，如我們穿膠鞋在地毯行走時，因摩擦使地毯帶正電膠鞋帶負電，此時人體腳底會感應而帶正電，同時使上半身帶負電, 若這時候如用手接觸半導體電子元件,會導致該元件損壞。
上述三種形式的靜電放電對半導體製程和電子產品組裝都顯得很重要，其中以人體放電模式所產生的放電電壓，對電子產品(半導體元件之傷害問題最廣，因此國際間對電子產品防護人體放電模式的法規要求日益嚴謹，即使半導體電子元件在出廠前通過零件標準法規的靜電測試，被安裝到成品後經常仍未能通過系統產層次的法規要求。
3. 靜電放電測試法規回顧10年來國際間關於耐靜電測試的法規，在半導體及電子產業界幾乎都已經熟悉美軍標準MIL-STD-883. Method 3015所定義之人體靜電放電模式 (ESD Human Body Model ，且都接受它的測試水平要求。
但近年來由國際電工協會(IEC: International Electro-technical Commission所制定的電磁相容基本規範(EMC Basic standards中，包含一項靜電測試規範 IEC 61000-4-2受到國際間多數國家的認同，對系統產品之靜電耐受(immunity要求及測試方法定義很完整，目前資訊與行動通訊之國際大公司多引用這規範作為成品靜電測試的依據。
IEC 61000-4-2主要是以模擬人體靜電放電模式作為放電測試的基本架構，與MIL-STD 883 所定義之人體靜電放電模式有點相似，最主要差別在於儲能的電容值和放電電阻值不同，則放電能量及靜電蜂值電流自然會有很大差異。
圖1是國際法規IEC 所定義的模擬人體靜電放電槍的電路構造簡圖。
表1所示為軍用標準規範 883及國際規範IEC 所定義的模擬人體ESD 放電基本電路參數。
參數比較MIL-STD-883(HBMIEC 61000-4-2 (HBMR1: 充電電流限制電阻 1 - 10 MΩ 50 - 100 MΩ R2 : 放電電阻1500Ω 330Ω 儲能電容100 pF150 pF表1: MIL-STD-883 與 IEC 61000-4-2 之比較先從表1的電容值比較, IEC規範的電容值為軍規883的1.5倍。
放電電阻值只約五分之一，這樣的差異，不難瞭解這兩種法規的嚴厲程度的差別,即使在相同的ESD 電壓所產生的峰值電流相差五倍。
所以對電子元件傷害力也明顯不同，如圖2.所示, 8kV ESD 電壓在MIL-STD -883 規範僅產生約5.3A 的峰值放電電流，而在IEC 61000-4-2 規範所產生的放電電流可達到30A, 峰值電流大於五倍. 這就是大部份產品在通過零件等級的靜電測試後, 成品卻有時仍會在系統法規IEC61000-4-2測試失敗的主要原因也因此促使IEC61000-4-2成為多數人所接受之系統法規.IEC 61000 -4-2 MIL-STD-883 放電測試電壓 (kV峰值放電電流(A 上升時間tr (ns峰值放電電流(A上升時間tr (ns2 7.5 0.7 - 1 1.3 2 - 104 12 0.7 - 1 2.6 2 - 10 6 25 0.7 - 1 4.0 2 - 10 8300.7 - 15.32 - 10表 2: IEC 61000-4-2 與 MIL-STD-883 放電電流上升時間比較.另外從頻率響應的差別分析, 按圖1之靜電槍是依據EN 61000-4-2之人體放電模式150pF/330Ω機制設計, 可產生介於700ps 到 1ns 上升時間的電流波形, 峰值電壓可以到達數千伏特以上,在50ns 內降到50%電壓, 如以50W 負載器校正時, 其峰值電流為20 安培, 這種時域的放電波形所包含的頻率成份到300MHz 附近仍是屬平坦的頻譜分布, 所以有影響的頻率是括展到1GHz 以上的頻寬. 這種ESD 放電波形比MIL-STD-883 定義的5ns 波形上升時間產生頻譜的頻寬 (約100MHz 嚴厲許多. 因此對於高速的電子產品測試, 欲使靜電效應發輝作用, ESD放電波形上升時間必須少於700ps. 因為影ESD 放電能量有兩個參數:峰值(peak level電流與上升時間變率 (rate of change, dI/dt . 按傅立葉轉換(Fourier transform 可知時間變率蘊含著頻率成份:; 如之前提到IEC 61000-4-2電流波形上升時間0.7ns , 頻寬可達到300MH 以上如圖3所示. 圖3: IEC 61000-4-2 之放電電流及頻率響應頻寬.4.系統產品靜電測試EN 61000-4-2 模擬人體放電測試方法包括下列事項.•空氣放電測試：係模擬人的手指在接觸電子產品時發生靜電放電的情況. 靜電槍用8mm 的放電頭, 對電子產品操作人員經常容易接觸的非金屬部位做測試, 測試電壓由低電壓到高電壓, 通常測到正負8kV. 但法規中保留容許高於正負15kV 的測試條件.• 接觸放電測試：係模擬操作人員直接或間接透過手工具接觸電子產品時發生放電的情況. 測試時靜電槍經過放電頭的尖端對待測產品的金屬部位做測放電測試. 測試電壓仍由低到高, 通常測到正負4kV. 此項測試法規保留容許高於正負4kV 的測試條件.• 水平與垂直金屬板放電測試: 係模擬操作人員靠近電子產品接觸臨近的物品放電時, 產生耦合場效應, 這項測試是以靜電槍對平行板及水平板放電方式執行. 測試電壓條件與接觸放電測試相同.4.1. IEC 51000-4-2測試電壓規定執行ESD 測試的電壓由低到高的規定, 是因為被測試的產品偶爾在低壓放電時會出現失效現象, 但在最高電壓放電時反而不見失效現象. 因此在法規中有明確定義電壓值須要從最高電壓的25%, 50%, 75%, 100%逐漸增加,Contact discharge Air discharge Level Voltage kVLevelVoltage kV1 ±2 1 ±2 2 ±4 2 ±43 ±6 3 ±8 4±84±15X Special X Special註(1:X保留對產品各別指定的測試規格.(2:測試環境相對濕度須保持30%–60 %; 15℃–35℃(3:樣品至少須打200次以上的放電.表3: IEC 61000-4-2 測試電壓與還境條件.4.2 IEC 61000-4-2 測試結果評估判定ESD 測試結果評估須按被測試產品功能受影響的程度做判定, 依法規係將受影響的程度分為四級,說明如下:第一級為 A 級判定 (Criterion A: 指產品功能在測試前後及測試過程中完全可以正常操作, 無任何功能減低或異常現象出現, 完全不受ESD 放電影響, 則稱產品符合A 級判定結果.第二級為 B 級判定 (Criterion B: 指產品在測試過程中,功能會受ESD 放電影響,在放電瞬間會暫時性的功能降低, 但可以自動回復, 這樣的產品則稱符合B 級判定結果.第三級為 C 級判定 (Criterion C:指產品功能在測試前可正常被操作,但測試過程中受ESD 放電影響, 出現功能降低或異常, 且功能無法自動回復, 必須經由操作人員做重置(Re-set或重開機的動做才能回復功能, 這情形則僅符合C 級判定結果.第四級為 D 級判定 (Criterion D: 指產品功能在測試前可正常被操作,但測試過程中出現異常,雖經由操作人員做重置(Re-set或重開機也不能回復功能, 這種情況大概產品已損傷嚴重, 僅符合D 級判定結果. (這屬不合格.依IEC 61000-4-2法規建議,產品採購驗證必須符合A 級或B 級的判定才能接受, C級和D 級判定是不合格的.判定等級受ESD 影響現像結果A 測試過程功能完全正常, 不受影響合格 B功能暫時性受影響, 但可自動回復合格C功能受ESD 影響出現異常, 須人為重置或重開機排除. 不合格D 重開機功能也不能回復, 已損壞. 不合格表4: IEC 61000-4-2 ESD測試判定等級圖6 : IEC 61000-4-2 測試架構示意圖.5.電子產品之ESD 防制設計在討論如何設計產品避免遭受ESD 損壞之前, 先要瞭解ESD 破壞電子產品的原因, 方便後續討論與技術的瞭解. ESD能量是經由傳導性能量轉移方式引入產品的電子元件內, 主要破壞力是瞬間峰值電流, 電壓是引導放電作用的誘發位能. ESD 開始時是經由直接(電流或間接輻射方式以快速的暫態突波衝擊到電路元件上, 這當中有電流熱效應也有電磁場的干擾效應.故ESD 對造成電子元件失效情況可概分三種情形, (1 硬體失效(Hard failure,(2 潛在性失效(Latent failure和 (3 場強感應失效 (Field induction failure1. 硬體失效問題: ESD電弧電壓(Spark voltage竄入半導體內部使絕緣部位損壞. 如在P-N 接合點短路或開路, 內部絕緣的氧化層貫穿(punch-through-金屬氧化處理部位產生熔蝕(melting等, 這都是屬於永久性失效. 如圖6; 圖7.2. 潛在性失效問題: 當ESD 發生時系統雖暫時受到影響, 仍然可繼續動作, 但功能會隨時間逐漸變差,隔數日或數週後系統出現異常, 最後成為硬體失效. 這是因為半導體元件已經受到部分不可回復的損傷, 隨著使用時間日增, 異常功能自會逐漸顯現. 這種失效是最難捉模, 無法以失效模式分析確認. 若使用者若遇這類產品, 應該要能意識到該產品的品質狀況, 尚不成熟.3. 感應場強失效問題: 當 ESD的高壓放電火花跟電流會對產生電場輻射效應, 這種寬頻的輻射, 經常使臨近的電路受干擾而失常, 如Latch-Up, 或暫時性程序錯亂, 及資料流失等, 嚴重時更會損傷硬體成為永久行硬體失效.5.1. ESD的防護設計由PCB 階段開始做起談到系統產品的靜電防制設計, 必須從印刷電路板(PCB開始做ESD 的保護. 在印刷電路板上也有三種容易造成ESD 失誤狀態如下:1. ESD電流直接流經受害電路元件的接腳造成永久性損壞: 此類模式係由外部組件(如鍵盤, 或I/O界面的連接器直接連線帶入ESD 突波電流. 要預防這種直接傷害, 即使用一顆串聯電阻或並聯電容在這些電路上就可以限制流經IC 的ESD 電流.2. ESD電流流經地迴路造成重置或損壞: 大部份的設計者都假設其電路接地為低阻抗, 經ESD 脈充電流通過, IC接地的阻抗極容易產生地電位跳動(Ground Bounce, 這種地彈跳會使IC 重置或鎖定, IC如被鎖定時非常容易被供應的電源摧毀.3. 電磁場間接耦合: 例如垂直板與水平板之放電, 使電路造成重置, 對於高阻抗元件曾經有損壞之報告, 這種失效模式與PCB 環路面積, 機構屏蔽好壞而定. 欲防護這種ESD 可以從機構屏蔽和PCB 設計佈線著手.5.2. 在PCB 上對ESD 保護常用之設計技術• PCB 走線排列時加放電間隙, 這是用一組銳角三角形銅箔尖端相對, 間隔約6-10 mil,其中一端接地.參閱圖8所示.• PCB 走線須考慮減少對電磁場耦合的敏感度, 多應用反耦合電容, 可減小迴路面積. 反耦合電容宜選用耐高壓的陶磁電容, 這些電容必須放置在靠近I/O連接器處. 如圖9所示之例子將耐高壓的陶磁電容放在PCB 連接器附近的VCC 和Ground, 這不僅縮小了環路面積, 也收到反耦合( decoupling的作用. 另在電源及地之間加上高諧振頻率的旁路電容, 可降低對感應場強及電磁場間接耦合的反應, 唯電容的等效串聯電感 (ESL 及等效串聯電阻要越低越好.• 在PCB 佈局時可以使用低通濾波的方式疏導ESD 能量, 低通濾波器是由電容與電感組合構成, 它可以阻止高頻的ESD 能量進入系統. 其中電感對突波會呈現高阻抗, 因而衰減了竄入系統的能量, 電容是裝置在電感的輸入端, 會將竄入的ESD 高頻頻譜能量旁路到接地端. 如圖10. 使用環氧鐵質( Ferrite電感對ESD 電流有極佳之衰減能力.• 在PCB 上可用箝制電路抑制瞬間高壓如圖11, 圖12. 如使用電壓箝制二極體作抑制, 在規格上必須選擇能承受數kV 之耐壓且dv/dt脈衝響映快速, 並能在瞬間消耗大電流的二極體元件.• 在PCB 部局時可將對ESD 敏感元件以壕溝方式與其他區域隔離, 以防止ESD 事件的轉移或耦合到其它功能的部位.• 對間接放電的電磁場耦合及電弧效應場強輻射抵抗力而言, 採用多層板比單層板可增加10倍以上的免疫力.5.3.系統產品之ESD 防護在系統階段的靜電防制措施,最主要是從介面的連接阜作好接地, 另外機殼若為金屬材質, 如要做表面處理前,機殼或機構在銜接位置務必保持導電性, 如此才可以使機殼發揮屏蔽功能. 若ESD 打在機構屏蔽良好的產品上, 理論上機構內的電路是不會受影響的,這就如同以前物理學家法拉第曾經坐在金屬籠試驗原理相同. 但是電子產品須要有開關及按鈕,因此要防止ESD 能量從開關或按鈕進入電路板傷及元件, 可採用導電材質的墊片或墊圈(Gasket 以阻擋ESD 電流如圖15所示.目前大多數的消費性電子產品機構外殼是使用非金屬材料, 例如使用塑膠質外殼, 是可以免測直接接觸放電項目, 若其絕緣與耐壓特性不足, 在被測試空氣放電(Air discharge時, ESD電弧會穿透外殼或從機構隙縫竄進產品內部對PCB 上的IC 形成二次放電 (Second arcing 的情況.如圖16所示. 要預防這種靜電問題,可在靠近縫隙的位置旁加一片金屬阻隔並接地, 一般稱之為輔助接地.塑膠外殼的電子產品對ESD 脈衝電磁場強不具屏蔽功能, 當遇到垂直和水平金屬板的間接放電測試時特別容易受到影響, 對策是要從電路板的佈局減小迴路面積或使用雙層以上電路板,以有效降低對ESD 電磁場的感應.故定在機殼的介面連接器須有接地防護措施, 其信號線可視需要狀況選擇用二極體或電容或突波吸做旁路保護如圖18. 對介面連接線 ( I/O cable 要使用環氧磁磊挾扣(Ferrate core 抑制ESD 電流流竄到主要控制電路. 但是用電容器旁路時必須留意電容器未置,如位置不對反而會把ESD 電流引到主電路影響IC 元件,如圖17.在系統接地方式宜採用單點對機構(機殼接地, 如圖19 當高頻的ESD 電流經機殼至地的路徑,因有接地電阻存在, 對ESD 電流經不同的接地點,會產生共模雜訊電壓(V1,V2干擾系統功能. 因應對策是使用單點接地如圖20.故定機構或機殼的金屬螺絲不宜穿透到內部,如圖22所示它會形成輻射天線, 當ESD 對該螺絲做接觸放電時,則ESD 能量完全經由該螺絲對內部輻射及作尖端放電. 如金屬外殼有開孔未加保護處理, 則經過表面的ESD 電流會透過該槽孔對內產生輻射.如圖21. 保護對策如圖23之右圖加輔助接地隔離.6. 結語對於電子產品ESD 的防護應從設計着手,所謂“Designed-in at the device”,從零件的選用,PC板的設計階段,到成品系統佈線整合,每個階段都不能草率. 對於ESD 讓電子產品失效之三個因素:暫態湧入的大電流的熱效應,和電壓漂動及靜電輻射場強等都必須同時加上對策. 由其在PC 板佈局是關係到電子產品對ESD 敏感度, 這是可運用PC 板佈局設計技術控制, 而對MOS, Bipolar等IC 元件之ESD 防護能力相對較弱. 需從半導體設計源頭做起. 半導體設計ESD 防護是最難的一環, 期望在大加家的努力下, 不久半導體業可以突破目前的瓶井, 推出功能穩定且可以抵抗ESD 的IC 供系統產業界使用.參考文獻1. Electromagnetic Compatibility by Design. page 366-372 By R&B Enterprises. Author: Oren Hartal2. IEC 61000-4-2: 20003. Electrostatic discharge understand, simulate and fix ESD problem. Interference controltechnologies Inc. Author Michel Mardiguian.4. Printed Circuit Board design Techniques for EMC Compliance. IEEE. Author: Mark I. Montrose5. Compliance Engineering Magazine圖1. 模擬人體靜電放電靜電槍裝置圖2:放電峰值電流比較圖3: IEC 61000-4-2 之放電電流及頻率響應頻寬圖 4: 垂直及水平板放電測試方式圖5 : IEC 61000-4-2 測試架構示意圖圖6: 受到靜電應力使氧化閘傷害到輸入緩衝器圖7:矽晶體受到ESD 熱效應破壞,在Source, Gate 及 Drain 都受損傷圖8: PCB走線排列時加放電間隙的使用圖9: PCB走線應用反耦合電容,可減小迴路面積圖10: 以低通濾波及突波吸收器方式疏導ESD 能量圖11: 於PCB 上用箝制電路或突波吸收元件抑制瞬間高壓圖12:PCB佈局架構對突波 I/O端抑制電路圖13: PCB加壕溝隔離及護衛接地防ESD圖14:如IC 內部有過電壓保護設計,直接在Pin 腳增加信號線的阻抗圖15: 固定在面板之開關必須裝導電之墊圈(Gasket 以增加疏導ESD 電流效果圖16: 塑膠外殼的縫隙會造成二次電弧放電圖17: (左適當位置的電容可保護防ESD, (右電容使用位置不當會帶入放電電流圖18: 介面信號線用電容或突波吸做旁路保護圖19: ESD電流在多點接地系統產生共模雜訊圖20: 電路板對系統單點接地減少共模雜訊圖21: 金屬的機殼若有傳導不連續的斷點或縫隙圖22: 螺絲釘要避免伸入機構內成為天線圖23: (左ESD 從隙縫竄進內部對PCB 的IC 放電 (右機殼內加一道輔助。