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上海电子展-2024中国(上海)第104届电子展览会—官网 > 电子产品防静电(ESD)设计 最有可靠性知识

静电是一种客观存在的自然景象,发作的方式多种,如触摸、冲突、电器间感应等。静电具有高电位,低电量(毫库仑mc:10-9 c),小电流(uA:10-6 A)和效果时刻短(us:10-6 S),静电丈量时复现性差,表现为瞬态的景象多。平时日子中,咱们的身上和周围就带有很高的静电电压,几千伏甚至几万伏。

疑问是一个系统工程,在规划时可从几个方面着手。一是要确保商品本身不会因发作强静电感应而自我消灭,如增加屏蔽和阻隔办法、经过增大PCB接地面积改进电荷走漏通路等;二是要挑选ESD特性好的芯片,不一样厂家的同一种芯片功用也会有所不一样,在芯片阐明中一般都有提到;三是增设维护电路,抵挡外来的静电。

最佳的技能应该是既能满意运用请求,又能做到本钱最低。商品在保修期内损坏,厂商一般要为用户免费修理或进行替换。假如商品毛病率高居不下,不只会增加修理本钱、减少赢利,甚至要召回失利商品而影响制作商名誉。面临越来越脆弱的芯片,研讨和施行防静电技能以进步制作成品率、下降运用毛病率,是一切芯片制作商和整机制作商都有必要处理的疑问。这篇文章以电脑为例,介绍ESD有关知识,期望对咱们有借鉴意义。


一、芯片的防静电规划

跟着芯片速度的进步,为了缩短引脚长度而减少信号串扰,CPU和SoC (System on Chip)等超大规模IC芯片的封装不断增加地选用倒装芯片(flip chip),倒装芯片一般面积较大,而厚度很薄。由电容计算公式C=εS/d可知,芯片也许带着大量静电电荷Q(=CxV),换句话说,芯片本身成了一个无穷的电容器。

假如芯片规划者对此疑问没有满足认识,未在芯片内设置电流开释通道,使得净电荷不断积累。如此一来,芯片在触摸到工作台或包装盒的刹那间,就会发作激烈的静电开释,以致于芯片损坏在制作进程当中,成品率下降了,出产本钱进步了。

此外,CPU、GPU芯片上的金属盖以及散热片,也是无事生非的一个祸根。诺大的金属体无异于一个静电接纳天线,很简单吸附芯片周围的电场,以及芯片附近导线上的电荷,这个要素也对芯片安全构成威胁。假如芯片规划者和整机规划者没有考虑到这个要素,到了用户手中再发现普遍存在疑问而不得不把商品召回时,丢失就更大了。

二、整机的屏蔽与接地规划

在商品出产车间,地板是防静电的,制作设备是防静电的,测验仪器是防静电的,芯片周转箱和仓库是防静电的,就连操作者也要身穿防静电服、戴上防静电手套,一派全副武装的容貌。可是,电脑在使用进程中,还是会给ESD以待机而动。为了防止感应静电的损害,需要对整机进行屏蔽和接地。

商品如电脑的金属机箱是屏蔽静电的主要办法,杰出的接地可使受静电损害的概率大大下降。机箱中的主板、接口卡,软驱、硬盘、光驱等设备,以及包裹在信号线外面的金属屏蔽网,均经过机箱连接成一个全体,然后再经过电源地线接入大地,这么不只可以消除外来的感应静电,也可以消除旋转设备本身所发作的冲突静电。为了确保部件之间触摸杰出,机箱上设置有各种弹性触点或弹性触摸片。

三、接口电路中植入

芯片是最简单被ESD损坏的器材,因而变成商品中的重点维护对象。而接口电路坐落板卡电路的外围,是抵挡ESD的一道主要防地。由于板卡上逻辑电路无法承受千伏级电压,所以有必要将之扫除在电路以外。在各个接口处接入静电防护器材,使静电高压在此开释,防止了向电路板的纵深区域的侵入。

接口电路中最简易的防静电办法是:在线路中串连一个低阻值的电阻,来约束ESD的电流,或许在信号线与地线之直接如一个小电容,来开释ESD电流。不过这些办法会对信号发作衰减和推迟,不利于信号传输。

近几年出产的主板中,在键盘、鼠标的PS/2接口以及RS-232C串行口和IEEE1284A并行口等低速端口中,多选用内嵌防静电功用的数据收发芯片。接口芯片中内嵌的ESD维护电路,是使用寄生电路完成的。当ESD效果时,寄生电路被触发,泄放ESD电流或箝位ESD电压,达到维护意图。

关于高速的USB和IEEE1394热插拔接口,由于引脚较少,一般接入TVS和MLV等新型静电维护器材。 TVS(Transient Voltage Suppresser,瞬态电压抑制器)可以迅速地将ESD毛病电流开释到接地端,而且其漏电流和结电容都很低,呼应时刻也很短(1ns摆布),是高速数据通路中抱负的挑选,在电脑主板及各种USB设备中获得广泛使用。

TVS器材内一般富含若干个 、具有多路维护效果的微型贴片元件,多见的封装形式有SOT23和SC-70两种。

ESD维护器往往不被大家所注意,但却是电脑的维护神。它们在电脑中是不是起过效果、起过几回效果,咱们都无法知道。可是,假如没有它们的私自维护,电脑就会常常给咱们带来麻烦。

四、对商品进行ESD测验

咱们知道,电子商品有必要经过EMC(电磁兼容性)功用测验,贴上EMC象征,才干进入世界市场。现在最为威望的EMC规范当属世界电工委员会拟定的IEC61000-4规范,其间包含IEC61000-4-2(ESD)、IEC61000-4-3(抗电磁干扰)、IEC61000-4-4(电快速瞬变)、IEC61000-4-5(浪涌敏感度)。对电脑商品所进行的ESD实验也是以IEC61000-4-2作为规范的。

IEC61000-4-2规则的ESD测验有两个项目:触摸电压测验和空气放电测验。触摸电压测验时,ESD信号发作器发作最高4kV的可调直流电压,当信号发作器的探头尖部触摸到被测设备时,发作放电。空气放电测验时,ESD测验仪供给最高8kV的可调脉冲电压,从测验仪的探头发出电火花传向待测设备。

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