【導(dǎo)讀】對(duì)于電子通訊產(chǎn)品而言，靜電有著極大的危害，因此，做好電子通訊產(chǎn)品ESD防護(hù)設(shè)計(jì)十分重要并且必不可少。本文分析了ESD的危害以及一些ESD防護(hù)方案的缺陷并提出了新的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)策略。
在電子通訊產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、生產(chǎn)、調(diào)試、運(yùn)行或維修過(guò)程中，由于靜電放電(ESD)，可能干擾產(chǎn)品的工作,引起產(chǎn)品電子元器件的損壞，導(dǎo)致產(chǎn)品故障甚至釀成嚴(yán)重事故，由此造成的損失是十分驚人的。然而，ESD問(wèn)題的涉及面很廣，它不但可以影響企業(yè)的各個(gè)部門(mén)，還能影響到材料的供應(yīng)商和產(chǎn)品的使用者。因此，很難制定一個(gè)防護(hù)所有ESD問(wèn)題的控制方案。本文首先分析了ESD的危害，然后分析了目前一些ESD防護(hù)方案的缺陷，最后提出了新的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)策略，并防護(hù)方法做了進(jìn)一步分析。
圖：電子通訊產(chǎn)品
1、ESD帶來(lái)的危害
對(duì)于電子通訊產(chǎn)品，靜電是一種很有害的電能，ESD是一個(gè)潛在的殺手。
(1)ESD造成元器件失效。當(dāng)帶電物體通過(guò)器件形成一個(gè)放電通路時(shí)或帶電器件本身有一個(gè)放電通路時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生ESD而造成器件的失效，失效模式有突發(fā)性完全失效和潛在性緩慢失效：突發(fā)性完全失效，器件的芯片介質(zhì)擊穿或燒毀、一個(gè)或多個(gè)電參數(shù)突然劣化和完全失去規(guī)定功能的失效。通常表現(xiàn)為開(kāi)路、短路以及電參數(shù)嚴(yán)重漂移,概率約10％；潛在性緩慢失效，器件受到ESD造成輕微損傷,器件的性能劣化或參數(shù)指標(biāo)下降而成為隱患，使該電路在以后的工作中,參數(shù)劣化逐漸加重，最終失效，概率約90％。
(2)ESD使信息出錯(cuò)。邏輯電路誤動(dòng)作試驗(yàn)表明，ESD屬于脈沖干擾，對(duì)某電子通訊產(chǎn)品進(jìn)行靜電接觸放電，可在設(shè)備內(nèi)部許多位置測(cè)量到一個(gè)幅值為幾十伏的干擾脈沖，正是這個(gè)干擾脈沖，引起了信息出錯(cuò),邏輯電路翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)品的故障。ESD也可產(chǎn)生頻帶幾百千赫一幾十兆赫、電平高達(dá)幾十毫伏的電磁脈沖干擾，當(dāng)這個(gè)電磁脈沖干擾藕合到產(chǎn)品的敏感電路時(shí)，也會(huì)引起信息出錯(cuò),導(dǎo)致產(chǎn)品的故障。
(3)高壓靜電吸附塵埃微粒靜電電荷易吸附塵埃微粒，污染PCB板和半導(dǎo)體芯片，使其絕緣電阻下降，影響器件工作。嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起器件故障(例如：CMOS電路發(fā)生門(mén)鎖)。
2、現(xiàn)行ESD防護(hù)設(shè)計(jì)方案的缺陷
現(xiàn)行的ESD防護(hù)方案大都存在著問(wèn)題，表現(xiàn)在電氣應(yīng)力(EOS:ElectricalOverstress)與ESD的區(qū)分和系統(tǒng)類(lèi)型的識(shí)別兩個(gè)方面。
(1)EOS和ESD的區(qū)分：實(shí)際上，ESD是EOS的一種特殊情況，但是在確定ESD防護(hù)方案時(shí)，卻常常將ESD和EOS的性能指標(biāo)相混淆，把EOS防護(hù)的性能指標(biāo)當(dāng)作ESD來(lái)對(duì)裝置來(lái)加以要求，這樣將可能導(dǎo)致對(duì)裝置ESD防護(hù)的失敗。
(2)系統(tǒng)識(shí)別：系統(tǒng)ESD防護(hù)方案的確定依賴(lài)于對(duì)系統(tǒng)的識(shí)別。不同類(lèi)型的系統(tǒng)采取的ESD防護(hù)措施應(yīng)是不同的。現(xiàn)行的一些防護(hù)方案連基本的系統(tǒng)識(shí)別都沒(méi)有，就展開(kāi)了對(duì)系統(tǒng)的防護(hù)討論和要求,這樣是不妥當(dāng)?shù)摹０凑諏?duì)ESD的敏感類(lèi)型不同，可以將系統(tǒng)分成兩類(lèi):電壓敏感(VS)和能量敏感(ES)。如果它對(duì)電壓敏感,防護(hù)時(shí)就需要很小心，如可以使用一些特殊的材料，放置在一些特定的操作位置;如果它對(duì)能量敏感，防護(hù)條件相對(duì)前者就不需要太苛刻。有效地識(shí)別系統(tǒng)是必需的。雖然實(shí)際中很少使用VS裝置，但對(duì)于一個(gè)未經(jīng)識(shí)別的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)將它作為對(duì)VS類(lèi)型來(lái)處理，避免可能引發(fā)的ESD損傷。
3、ESD防護(hù)方案的再設(shè)計(jì)
3.1再設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則
(1)明確ESD防護(hù)方案的等級(jí)。ESD防護(hù)包含兩個(gè)等級(jí)：基本防護(hù)和全面防護(hù)。ESD “基本防護(hù)"方案包括傳導(dǎo)性工作面接地、人員腕帶接地(1MΩ電阻接地)、聚乙烯保護(hù)包裝、人員1h～2h基本的ESD培訓(xùn)這4個(gè)要素。ESD“全面防護(hù)"方案需要在基本等級(jí)的基礎(chǔ)上增加額外的防護(hù)措施。它要求對(duì)裝置的ESD防護(hù)是全面的,如對(duì)裝置進(jìn)行雙層包裝，在包裝外層增加一個(gè)金屬箔片包裝。明確待防護(hù)系統(tǒng)的等級(jí)是確立防護(hù)方案的基礎(chǔ)工作。只有確定了系統(tǒng)防護(hù)的等級(jí)，才可以采取具體的防護(hù)措施進(jìn)行ESD防護(hù)。
(2)遵從各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的性能指標(biāo)要求。ESD防護(hù)方案的確立還必須要遵從工業(yè)、軍事或者生產(chǎn)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)可以為ESD的包裝、操作和電路設(shè)計(jì)提供有效的防護(hù)措施和具體的操作步驟。
(3)進(jìn)行ESD管理。ESD防護(hù)方案是否有效,重要的是ESD管理。ESD管理可以確定防護(hù)方案執(zhí)行、人員訓(xùn)練、維護(hù)ESD防護(hù)設(shè)施的花費(fèi)(Cost)情況。結(jié)合故障診斷，還可以獲取方案對(duì)于減少ESD損傷概率的影響等信息，從而為防護(hù)方案的實(shí)施提供參考標(biāo)準(zhǔn)。ESD管理必須在系統(tǒng)防護(hù)的過(guò)程中加以實(shí)施，才能使各方面達(dá)到協(xié)調(diào),從而使防護(hù)方案能夠有效地發(fā)揮作用。
3.2再設(shè)計(jì)的具體方法
(1)確立系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)。即便對(duì)所有的VS裝置都采取抗ESD措施，仍然會(huì)存在防護(hù)上的不確定性，工程人員仍然需要通過(guò)相關(guān)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證防護(hù)措施和操作步驟的有效性，而有些額外的防護(hù)措施甚至?xí)黾覧SD損傷的可能性。
(2)獲取有效數(shù)據(jù)。將HBM分類(lèi)數(shù)據(jù)與工程實(shí)際中設(shè)備和裝置的ESD保護(hù)措施聯(lián)系起來(lái)是很困難的。這是因?yàn)檫@些裝置僅僅是通過(guò)HBM測(cè)試來(lái)分類(lèi)的，而沒(méi)有考慮帶電裝置模型(CDM)和其它破壞源的影響。為保證ESD防護(hù)措施的有效性和裝置的可靠性，工程中會(huì)使用更多、更復(fù)雜的測(cè)試手段和數(shù)據(jù)分析方法。這樣一來(lái)，工程人員也就能得到關(guān)于裝置ESD問(wèn)題的更優(yōu)化數(shù)據(jù)。
(3)裝置監(jiān)控。通過(guò)對(duì)裝置的監(jiān)控可以提高系統(tǒng)的可靠性。監(jiān)視器檢查的項(xiàng)目包括檢查接地線(xiàn)的完整性、工作面的接地情況、人員腕帶的有效性等。其中對(duì)腕帶的檢查是通過(guò)將一低電壓經(jīng)腕帶連接到人體上來(lái)進(jìn)行測(cè)試。所選擇低電壓的能量必須不能在裝置(如消特基二極管、檢波器二極管)上誘發(fā)EOS。工作間內(nèi)如果使用了空氣電離設(shè)備，就需要定期地加以檢查,這有兩個(gè)原因：一是設(shè)備可能會(huì)發(fā)生故障，不能工作；二是設(shè)備產(chǎn)生的離子可能不足以相互平衡，從而成為一種特殊的“靜電源”。一個(gè)實(shí)驗(yàn)用的負(fù)電離灰塵控制系統(tǒng)可以在工作間內(nèi)的組件上產(chǎn)生電荷，這不但能導(dǎo)致電離設(shè)備對(duì)帶電灰塵微粒控制的失敗，還會(huì)誘發(fā)電擊操作人員以及損壞裝置等惡性事故。
總之，由于電子系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性，很難制定一個(gè)通用的ESD防護(hù)方案。只有考慮到系統(tǒng)的實(shí)際情況，如敏感類(lèi)型、防護(hù)等級(jí)要求、ESD防護(hù)方案的性?xún)r(jià)比，并且實(shí)行全方位的ESD防護(hù)控制才能有效地對(duì)具體的系統(tǒng)實(shí)施ESD防護(hù)。
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