ESD(静电)原理、测试方法及设计对策
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内部使用
3.2硬件设计对策－主板
内部使用
内部使用
ESD两种主要的破坏机制：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。 具体从手机的产品特性来讲，静电损坏的机理可以 简单降为传导干扰/击穿和耦合干扰/击穿。特别是耦合 干扰/击穿易发生在手机外壳有大面积金属的产品中。 也就是说静电不仅仅是所谓的“打”到手机外壳的狭缝 或者接口中，也会通过感应电场，在电子器件内部产生 瞬时高压，导致手机内部信号波形畸变导致功能失效； 或者直接击穿器件，导致永久性损伤。 ESD属于EMC中EMS的一部分，适用标准GB/T 17626.2 /IEC61000-4-2/EN61000-4-2 ，之间关系是等 同的。
ESD原理、测试方法 及设计对策
简要提纲
1.ESD原理 2.ESD测试 2.1ESD测试方法 2.2ESD调试步骤 3.ESD设计应对策略 3.1结构设计对策－整机 3.2硬件设计对策－主板 4.鸣谢
内部使用
1.ESD原理
ESD是英文ElectroStatic Discharge即“静电放电”意 思。 静电是由于物体之间相互摩擦起电所形成的高压电 场 ，这样的高压会对电子设备例如手机瞬时放电，从 而导致设备暂时性功能失效甚至永久性的损伤。 我们要做的课题就是分析ESD产生的机理、建立合 理的测试方法和标准、从设计上采取合理的方式来防止 静电对手机的损害；保证我们设计出来的手机可以抵抗 一定等级静电损害，提高产品的可靠性。 ESD对电子设备的影响按程度分为破坏和干扰。破 坏导致暂时隐性或者永久性损伤；干扰导致电子设备暂 时功能失效。从作用机理上可分为传导和耦合。
内部使用
《 ESD测试规范》详细制定了手机静电测试环 境和判定的标准 《 ESD作业办法》具体规定了如何使用静电枪 进行合理有效的测试， 《ESD测试报告》用于记录手机每个放电点的 通过静电等级
放电模式 放电电压与极性
空气式放电
接触式放电
内部使用
± 15KV 、± 12KV 、± 10KV 、± 8KV 、
内部使用
3.ESD应对策略
ESD应对策略分为前期设计预防和后期补 救两部分。前期预防和后期补救要遵循以下原 则： 1.设计时要充分考虑结构堵和导的可行性， 配合主板留好接地位置，改用非导电材料；在 PCB布局布线评审阶段，结构和硬件要一起核 对；同时保证主板地的完整性； 2.ESD电路设计预防和后期补救都要从静电 入口进行，这样代价最小；同时注意成本最小， 量产可行，避免手工装配操作； 3.整机静电防护要保证先堵后导，堵要充分 堵；导也要保证充分导。
内部使用
2.ESD测试
建立合理有效的静电测试模型，对于有效控制产 品防ESD的能力，非常重要。目前业界提出的通用 静电模型有3种：人体模型(HBM)、机器静电放电模 型(MM)、充电器件模型（CDM）。这3种模型适用不 同的静电放电场合。其中最常用的是HBM模型。同 样静电电压等级下，对器件的损MM>CDM>HBM。 目前产品规格书最常见的是HBM、MM模型， CDM提到的不多。下面是同一个器件，三种模型下 的静电等级。电子器件标准一般是HBM 接触2kv。
具体手机静电测试标准是按照HBM制定的，细分 为空气放电和接触放电，参考国标GB/T 17626.2。
内部使用
HBM放电波形
IEC 等 指示电压(kV) 级 1 2 3 4 2 4 6 8
放电的第一个峰值 放电开关操作时的 30ns 时 的 电 流 60ns 时 的 电 流 电流(±10%)A 上升时间tr (ns) (±30%) A (±30%) A 7.5 15 22.5 30 0.7-1 0.7-1 0.7-1 0.7-1 4 8 12 16 2 4 6 8
内部使用
3.1结构设计对策－整机
1. 考虑好锌合金外壳、金属电池盖、按键、电 镀装饰件能否和主板的露铜、屏蔽罩良好接地； 对必须留孔的喇叭、听筒、MIC、侧键等，留 一定的绝缘距离；电镀件装配时尽量远离主板 裸露的器件、板边等。 2. 翻盖机/旋转机考虑好上下板FPC留出专用的 地焊脚，或者利用金属转轴实现上下板接地； 滑盖机通过滑轨充分接地。 3. 选用合理的工艺和装配件：例如内层电镀、屏 加铁框、接插件要加金属外壳接地、选用非金 属或者加绝缘层的喇叭、听筒等等。 4. 后期加导电布、Mylar、刷绝缘漆、导电漆等 材料做为补救措施。
内部使用
1.原理图设计阶段：在听筒、喇叭、MIC、尾 插、键盘电路预留静电防护措施，如串电阻、 加TVS、压敏电阻、齐纳管、大的滤波电容等 等； 2.PCB布局阶段：要把静电防护器件靠近静 电入口放置；保证BB、RF、功率器件到主地 和电池GND的回流通畅，有铺地铜的空间； 3.PCB走线阶段：静电入口到防护器件走线 要保证0.3mm以上，静电防护器件 地脚直接进 主地；系统复位线、电压检测线、中断线、时 钟线、控制线走内层、包地、远离板边；去除 死铜、铜皮尖端。 4.地孔的处理要保证各个地铜充分连接，回 流顺畅，地孔分布均匀合理。
±8KV、±7KV、±5KV、±4KV、
国标的手机静电测试只定义了整机的静电测 试标准；锐嘉科送CTA整机的静电测试标准是 手机连充电器空气放电+-12kv；量产标准是通 话不连充电器空气放电+-8kv。锌合金整机+6kv可以放行。 公司内部为了保证硬件主板的抗静电性能， 要求所有主板所有地裸露部分接触放电要过+6kv。 在做静电测试时，要用原装电池供电，不要 用电源供电；整机静电和电池的质量有很大关 系； 保证整机装配良好，所有螺丝打上。金属 外壳和主板的接地电阻保证在1ohm以内。
内部使用
2.1 ESD测试方法
湿度要求在35%--60%(建议取40%)，温度 要求在15℃－30℃ （建议25℃） ；大气压力 要求在86 kpa—106 kpa。其他的实验室要求请 参考GB/T 17626.2-1998 环境状况特别是湿度 一定要在测试报告中记录，和静电测试关系最 大。具体要求参考公司静电规范文件：《 ESD 测试规范》、 《 ESD作业办法》、 《ESD测 试报告》。
内部使用
2.2ESD调试步骤
首先，我们必须要消除对静电的恐惧心理， 要坚定地相信静电是有迹可循的，是可以量化 可以定位解决的。 在实际解决静电问题过程中，工程师往往 花几天甚至数发生，陷入一筹莫 展的境地。之所以会这样，一是因为ESD存在 传导和耦合两条干扰途径，耦合本身就存在随 机干扰；二是ESD性能受结构整机和主板本身 两方面的影响。多个问题绕着一起，容易导致 结论的反复。 因此，我们解决静电问题要有清晰的思路。
内部使用
2.2.2主板 ESD调试方法
1.主板只保留喇叭或者屏，把Powekey直接短 接到地，这样死机后会自动重启；同时用夹子 电池，直接扣在电池座上。这样可以明显提高 实验效率。 2.检查PCB走线，标出可能被静电打死的信号： Power ON/OFF、SYSRST、VBATsense…同 时结合手机布局，按照从低到高的顺序逐个对 怀疑的点进行排查，接触放电/空气放电；定位 容易打死的点后，在信号上加TVS，确认是否 有效； 3.排查一遍后，对整个主板静电就有了全面的 把握，待主板稳定后，就可以进行整机验证了。
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主板ESD测试示例
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2.2.3整机ESD调试方法
在保证2.2.2主板调试通过的基础上，就可以 进行整机调试了。注意整机电池、充电器要用 质量可靠的。 在整机调试的过程中，首先保证主板裸露的 焊盘堵上，不会和金属外壳短路，或者形成电 弧放电。 保证屏的金属框（无金属框，要做FPC露 铜）、各个小板之间的地直接接地，消除结构 的尖端。锌合金外壳，通过导电泡棉4－6个点 把主板地均匀接起来。确认整机装配良好开始 测试。 整机静电的一个重要原则－以接地为主。
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2.2.1ESD调试的基础步骤
1.要做好记录工作，建立一个excel表格，把每 一个点的通过的静电电压都记录下来；把实验 步骤也记录下来。分析时，先从低电压打，逐 级提高，例如2kv，3kv… 2.首先要保证主板地露铜击穿放电的稳定性和 一致性，规定是稳定通过+-6kv接触放电；最少 不低于4kv；这个是非常关键的步骤。 3.在保证主板静电性能的前提下，保证主板和 配套小板的良好接地，必须大面积接地；例如 滑盖机通过滑轨接地；翻盖机FPC接地；键盘 板露铜接地；锌合金和主板良好接地；屏通过 金属框接地等等。接地电阻要求1ohm以下。这 是阻断ESD形成耦合电场，防止随机干扰产生 的必要手段。
3.2硬件设计对策－主板
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ESD两种主要的破坏机制：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。 具体从手机的产品特性来讲，静电损坏的机理可以 简单降为传导干扰/击穿和耦合干扰/击穿。特别是耦合 干扰/击穿易发生在手机外壳有大面积金属的产品中。 也就是说静电不仅仅是所谓的“打”到手机外壳的狭缝 或者接口中，也会通过感应电场，在电子器件内部产生 瞬时高压，导致手机内部信号波形畸变导致功能失效； 或者直接击穿器件，导致永久性损伤。 ESD属于EMC中EMS的一部分，适用标准GB/T 17626.2 /IEC61000-4-2/EN61000-4-2 ，之间关系是等 同的。
ESD原理、测试方法 及设计对策
简要提纲
1.ESD原理 2.ESD测试 2.1ESD测试方法 2.2ESD调试步骤 3.ESD设计应对策略 3.1结构设计对策－整机 3.2硬件设计对策－主板 4.鸣谢
内部使用
1.ESD原理
ESD是英文ElectroStatic Discharge即“静电放电”意 思。 静电是由于物体之间相互摩擦起电所形成的高压电 场 ，这样的高压会对电子设备例如手机瞬时放电，从 而导致设备暂时性功能失效甚至永久性的损伤。 我们要做的课题就是分析ESD产生的机理、建立合 理的测试方法和标准、从设计上采取合理的方式来防止 静电对手机的损害；保证我们设计出来的手机可以抵抗 一定等级静电损害，提高产品的可靠性。 ESD对电子设备的影响按程度分为破坏和干扰。破 坏导致暂时隐性或者永久性损伤；干扰导致电子设备暂 时功能失效。从作用机理上可分为传导和耦合。
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《 ESD测试规范》详细制定了手机静电测试环 境和判定的标准 《 ESD作业办法》具体规定了如何使用静电枪 进行合理有效的测试， 《ESD测试报告》用于记录手机每个放电点的 通过静电等级
放电模式 放电电压与极性
空气式放电
接触式放电
内部使用
± 15KV 、± 12KV 、± 10KV 、± 8KV 、
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3.ESD应对策略
ESD应对策略分为前期设计预防和后期补 救两部分。前期预防和后期补救要遵循以下原 则： 1.设计时要充分考虑结构堵和导的可行性， 配合主板留好接地位置，改用非导电材料；在 PCB布局布线评审阶段，结构和硬件要一起核 对；同时保证主板地的完整性； 2.ESD电路设计预防和后期补救都要从静电 入口进行，这样代价最小；同时注意成本最小， 量产可行，避免手工装配操作； 3.整机静电防护要保证先堵后导，堵要充分 堵；导也要保证充分导。
内部使用
2.ESD测试
建立合理有效的静电测试模型，对于有效控制产 品防ESD的能力，非常重要。目前业界提出的通用 静电模型有3种：人体模型(HBM)、机器静电放电模 型(MM)、充电器件模型（CDM）。这3种模型适用不 同的静电放电场合。其中最常用的是HBM模型。同 样静电电压等级下，对器件的损MM>CDM>HBM。 目前产品规格书最常见的是HBM、MM模型， CDM提到的不多。下面是同一个器件，三种模型下 的静电等级。电子器件标准一般是HBM 接触2kv。
具体手机静电测试标准是按照HBM制定的，细分 为空气放电和接触放电，参考国标GB/T 17626.2。
内部使用
HBM放电波形
IEC 等 指示电压(kV) 级 1 2 3 4 2 4 6 8
放电的第一个峰值 放电开关操作时的 30ns 时 的 电 流 60ns 时 的 电 流 电流(±10%)A 上升时间tr (ns) (±30%) A (±30%) A 7.5 15 22.5 30 0.7-1 0.7-1 0.7-1 0.7-1 4 8 12 16 2 4 6 8
内部使用
3.1结构设计对策－整机
1. 考虑好锌合金外壳、金属电池盖、按键、电 镀装饰件能否和主板的露铜、屏蔽罩良好接地； 对必须留孔的喇叭、听筒、MIC、侧键等，留 一定的绝缘距离；电镀件装配时尽量远离主板 裸露的器件、板边等。 2. 翻盖机/旋转机考虑好上下板FPC留出专用的 地焊脚，或者利用金属转轴实现上下板接地； 滑盖机通过滑轨充分接地。 3. 选用合理的工艺和装配件：例如内层电镀、屏 加铁框、接插件要加金属外壳接地、选用非金 属或者加绝缘层的喇叭、听筒等等。 4. 后期加导电布、Mylar、刷绝缘漆、导电漆等 材料做为补救措施。
内部使用
1.原理图设计阶段：在听筒、喇叭、MIC、尾 插、键盘电路预留静电防护措施，如串电阻、 加TVS、压敏电阻、齐纳管、大的滤波电容等 等； 2.PCB布局阶段：要把静电防护器件靠近静 电入口放置；保证BB、RF、功率器件到主地 和电池GND的回流通畅，有铺地铜的空间； 3.PCB走线阶段：静电入口到防护器件走线 要保证0.3mm以上，静电防护器件 地脚直接进 主地；系统复位线、电压检测线、中断线、时 钟线、控制线走内层、包地、远离板边；去除 死铜、铜皮尖端。 4.地孔的处理要保证各个地铜充分连接，回 流顺畅，地孔分布均匀合理。
±8KV、±7KV、±5KV、±4KV、
国标的手机静电测试只定义了整机的静电测 试标准；锐嘉科送CTA整机的静电测试标准是 手机连充电器空气放电+-12kv；量产标准是通 话不连充电器空气放电+-8kv。锌合金整机+6kv可以放行。 公司内部为了保证硬件主板的抗静电性能， 要求所有主板所有地裸露部分接触放电要过+6kv。 在做静电测试时，要用原装电池供电，不要 用电源供电；整机静电和电池的质量有很大关 系； 保证整机装配良好，所有螺丝打上。金属 外壳和主板的接地电阻保证在1ohm以内。
内部使用
2.1 ESD测试方法
湿度要求在35%--60%(建议取40%)，温度 要求在15℃－30℃ （建议25℃） ；大气压力 要求在86 kpa—106 kpa。其他的实验室要求请 参考GB/T 17626.2-1998 环境状况特别是湿度 一定要在测试报告中记录，和静电测试关系最 大。具体要求参考公司静电规范文件：《 ESD 测试规范》、 《 ESD作业办法》、 《ESD测 试报告》。
内部使用
2.2ESD调试步骤
首先，我们必须要消除对静电的恐惧心理， 要坚定地相信静电是有迹可循的，是可以量化 可以定位解决的。 在实际解决静电问题过程中，工程师往往 花几天甚至数发生，陷入一筹莫 展的境地。之所以会这样，一是因为ESD存在 传导和耦合两条干扰途径，耦合本身就存在随 机干扰；二是ESD性能受结构整机和主板本身 两方面的影响。多个问题绕着一起，容易导致 结论的反复。 因此，我们解决静电问题要有清晰的思路。
内部使用
2.2.2主板 ESD调试方法
1.主板只保留喇叭或者屏，把Powekey直接短 接到地，这样死机后会自动重启；同时用夹子 电池，直接扣在电池座上。这样可以明显提高 实验效率。 2.检查PCB走线，标出可能被静电打死的信号： Power ON/OFF、SYSRST、VBATsense…同 时结合手机布局，按照从低到高的顺序逐个对 怀疑的点进行排查，接触放电/空气放电；定位 容易打死的点后，在信号上加TVS，确认是否 有效； 3.排查一遍后，对整个主板静电就有了全面的 把握，待主板稳定后，就可以进行整机验证了。
内部使用
主板ESD测试示例
内部使用
2.2.3整机ESD调试方法
在保证2.2.2主板调试通过的基础上，就可以 进行整机调试了。注意整机电池、充电器要用 质量可靠的。 在整机调试的过程中，首先保证主板裸露的 焊盘堵上，不会和金属外壳短路，或者形成电 弧放电。 保证屏的金属框（无金属框，要做FPC露 铜）、各个小板之间的地直接接地，消除结构 的尖端。锌合金外壳，通过导电泡棉4－6个点 把主板地均匀接起来。确认整机装配良好开始 测试。 整机静电的一个重要原则－以接地为主。
内部使用
2.2.1ESD调试的基础步骤
1.要做好记录工作，建立一个excel表格，把每 一个点的通过的静电电压都记录下来；把实验 步骤也记录下来。分析时，先从低电压打，逐 级提高，例如2kv，3kv… 2.首先要保证主板地露铜击穿放电的稳定性和 一致性，规定是稳定通过+-6kv接触放电；最少 不低于4kv；这个是非常关键的步骤。 3.在保证主板静电性能的前提下，保证主板和 配套小板的良好接地，必须大面积接地；例如 滑盖机通过滑轨接地；翻盖机FPC接地；键盘 板露铜接地；锌合金和主板良好接地；屏通过 金属框接地等等。接地电阻要求1ohm以下。这 是阻断ESD形成耦合电场，防止随机干扰产生 的必要手段。