静电放电设计技术.pdf

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1、电磁兼容技术ESD设计静电放电（ESD）设计技术序言近日来，许多人通过信函咨询有关静电放电的问题，有些人甚至带着他们的产品来公司进行讨论，寻求妥善解决的方法。从他们急切的心情中，可以理解静电放电问题真是让人伤透了脑筋。特别是北方地区，冬季越来越干燥，几乎人人身上都携带着数千伏的静电（过去化纤衣料较少，这个问题还不是很突出），静电的潜在危害无处不在。随着电子/信息技术的发展，设计人员的知识增长呈现出前所未有的速度。但是与与日俱增的静电和更加严格的静电放电抗扰度要求相比，设计人员有关静电和静电放电的知识却没有增加。这就是为什么我们设计

2、产品总是会出现静电放电方面的问题的原因。事实上，设计人员在设计产品时，几乎没有固定的思路来防止静电放电问题。当问题出现时，他们会尝试各种方法，直到问题解决。往往当问题解决时，他们并不知道为什么解决，并且心里还是忐忑不安，生怕问题没有彻底解决。之所以会这样，是因为我们不知道静电放电对设备造成影响的机理，因而也就不知道怎样来消除这种影响。本文试图协助大家冲破这个障碍。为此，本文分五个章节介绍有关静电放电机理、对设备造成影响的机理和解决静电放电问题的方法。具体目录如下：第一章：静电放电的模型，静电放电对电子设备的影响第二章：固件、软件和

3、线路板上的对策第三章：电缆与机箱设计指南第四章：电路设计指南第五章：制造、运输和安装过程中的注意事项1静电放电模型要完全理解静电放电（E电弧D）事件，必须首先了解静电放电产生的原因。本章对静电放电进行详细的论述。为了使讲解更具体，以在地毯上行走的人接触电气设备为实例。本例中的设备是计算机的键盘（因为键盘是操作员最频繁接触的）。但一定要记住，这里介绍的静电放电过程适合于其它任何场合。首先我们假设人体是不带电的，然后讨论人体充电的过程。当人在地毯上行走时，鞋跟会与地毯碰撞接触。这时，电荷会在地毯和鞋之间移动，具体移动方向取决于鞋子和地

4、毯材料的分子结构。这通常称为摩擦充电。许多文献都给出了摩擦生电的排序表，说明什么物质可以从什么物质吸引电子。实际上，很难确定一个能够用实验重复的精确序列。有时人造织物会从橡胶吸引电子，而有时相反。这通常用物质表面不纯来解释。因此，在实际中很难预见鞋子是带正电还是负电。但有一点是肯定的，就是鞋子上会带电，而地毯上的脚印上会带相反的电荷。当人在地毯上行走时，鞋子上的电荷越来越多，直到鞋子存不下为止。与充电过程相反的过程是回放电流。大部分回放电流流过鞋子和地毯，一小部分流过空气。较高的湿度会降低介质的电阻，增加回放电流。这意味着鞋子的充

5、电会达到一个平衡点，在平衡点，充电电流等于回放电流。温度也会影响介质的电阻，但比湿度的影响小得多。至此，我们仅讨论了鞋子和地毯这样一些绝缘介质。不要忘记，还有人体这样一个导体存在。鞋跟上的静电荷会产生一个静电场，在这个静电场的作用下，脚跟处会感应出极性相反的电荷，于是人体上的电荷要重新分布。人体组织，除了皮肤以外，是十分良好的导体，因此在人体的其它部分会产生与脚上电荷极性相反的电荷。例如，假设鞋跟从地毯吸引电子，地毯上留下了正电荷，鞋子上带负电荷，这些负电荷会将人体上的正电荷吸引到脚上，于是人体的其它部位剩下负电荷。人体上的电荷量

6、取决于前面所述的回放电流。电压可以达到很高，甚至发生辉光放电。H:HOMBERREF2002EMCEMCBOOKDesignTechniquesESD设计技术.docPage1of1电磁兼容技术ESD设计辉光放电是空气电离的结果。空气电离是指当加在气体上的电场强度很高时，气体中的自由电子或离子将获得足够的能量，撞击其它原子和分子，产生更多的自由电子和离子，形成导电气体。只要外界的电场强度足够大，就能维持这一状态。下面，再把实例中的键盘加入到讨论中。当人体接近键盘时，会在键盘上靠近人体（手臂）部位感应出相反的电荷。由于键

7、盘是接地的，因此其充电过程是由电子在键盘内部的地线上流动而产生的（没有接地的设备是由电荷重新分布来抵消人体电荷的）。在本例中，由于人体带负电荷，因此键盘会通过地线失去电子而带正电荷。人体与键盘之间的距离越近，键盘上相反的电荷越多。键盘充电的速度与人体接近键盘的速度有关。但是即使接近速度很快，充电电流的上升速率也是很低的，因此，在放电发生之前形成的充电过程并不会对键盘的工作造成任何影响。比充电更重要的一个因素是放电之前存在与人体和设备之间的静电场。这个电场会在设备上感应出不同的电压。设备上不同部位的电位差如果太大，会造成集成电路等器

8、件的损坏（这意味着并不只有静电放电会带来危害）。我们将本例中的人体和键盘用图1所示的模型来表示。图1人体和键盘静电放电系统的模型图中各参数的含义如下：C人体=人体和大地之间的电容R人体=人体的电阻L人体=人体的电感C臂=人手臂与大地之间的电容C臂键