esd

IEC61340-5-1:2007標準是ESD S20.20:2007之外的另一個新的防靜電國際認證標準，IEC61340-5-1:2007標準是對通過ESD S20.20:2007標準更新， 歐洲和日本企業(yè)會更傾向于IEC61340-5-1標準的認證，對ESDS20.20:2007標準認證的客戶，其靜電防護體系也可以按IEC61340-5-1:2007標準方便地進行轉(zhuǎn)換。ESD 適用的行業(yè)包括電子電氣，IT 和通訊以及汽車等。

1.靜電防護要求高的企業(yè)，如生產(chǎn)晶片，磁頭的企業(yè)。

2.知名跨國公司的下屬企業(yè)或者供應(yīng)商，如 IBM,INTEL 等。

3.承接 OEM、ODM 的知名 EMS 企業(yè)。

ESD（靜電放電）對電子產(chǎn)品造成的破壞和損傷有突發(fā)性損傷和潛在性損傷兩種。所謂突發(fā)性損傷，指的是器件被嚴重損壞，功能喪失。這種損傷通常能夠在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測中能夠發(fā)現(xiàn)，因此給工廠帶來的主要是返工維修的成本。而潛在性損傷指的是器件部分被損，功能尚未喪失，且在生產(chǎn)過程的檢測中不能發(fā)現(xiàn)，但在使用當中會使產(chǎn)品變得不穩(wěn)定，時好時壞，因而對產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)成更大的危害。這兩種損傷中，潛在性失效占據(jù)了90%，突發(fā)性失效只占10%。也就是說90%的靜電損傷是沒辦法檢測到，只有到了用戶手里使用時才會發(fā)現(xiàn)。手機出現(xiàn)的經(jīng)常死機、自動關(guān)機、話音質(zhì)量差、雜音大、信號時好時差、按鍵出錯等問題有絕大多數(shù)與靜電損傷相關(guān)。也因為這一點，靜電放電被認為是電子產(chǎn)品質(zhì)量最大的潛在殺手，靜電防護也成為電子產(chǎn)品質(zhì)量控制的一項重要內(nèi)容。而國內(nèi)外品牌手機使用時穩(wěn)定性的差異也基本上反映了他們在靜電防護及產(chǎn)品的防靜電設(shè)計上的差異。

esd靜電的產(chǎn)生

靜電是一種客觀存在的自然現(xiàn)象，產(chǎn)生的方式多種，如接觸、摩擦、電器間感應(yīng)等。靜電的特點是長時間積聚、高電壓、低電量、小電流和作用時間短的特點。

人體自身的動作或與其他物體的接觸，分離，摩擦或感應(yīng)等因素，可以產(chǎn)生幾千伏甚至上萬伏的靜電。

靜電在多個領(lǐng)域造成嚴重危害。摩擦起電和人體靜電是電子工業(yè)中的兩大危害，常常造成電子電器產(chǎn)品運行不穩(wěn)定，甚至損壞。

生產(chǎn)過程中靜電防護的主要措施為靜電泄露、耗散、中和、增濕，屏蔽與接地。

人體靜電防護系統(tǒng)主要有防靜電手腕帶、腳腕帶、腳跟帶、工作服、鞋襪、帽、手套或指套等組成，具有靜電泄放，中和與屏蔽等功能。

靜電防護工作是一項長期的系統(tǒng)工程，任何環(huán)節(jié)的失誤或疏漏，都將導(dǎo)致靜電防護工作的失敗。

esd靜電的危害

靜電在我們的日常生活中可以說是無處不在，我們的身上和周圍就帶有很高的靜電電壓，幾千伏甚至幾萬伏。平時可能體會不到，人走過化纖的地毯靜電大約是35000伏，翻閱塑料說明書大約7000伏，對于一些敏感儀器來講，這個電壓可能會是致命的危害。

靜電學(xué)主要研究靜電應(yīng)用技術(shù)，如靜電除塵、靜電復(fù)印、靜電生物效應(yīng)等。更主要的是靜電防護技術(shù)，如電子工業(yè)、石油工業(yè)、兵器工業(yè)、紡織工業(yè)、橡膠工業(yè)以及宇航與軍事領(lǐng)域的靜電危害，尋求減少靜電造成的損失。 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用及電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，靜電放電的電磁場效應(yīng)如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（EMC）問題，已經(jīng)成為一個迫切需要解決的問題。一方面，一些電阻率很高的高分子材料如塑料，橡膠等的制品的廣泛應(yīng)用以及現(xiàn)代生產(chǎn)過程的高速化，1967年7月29日，美國Forrestal航空母艦上發(fā)生嚴重事故，一架A4飛機上的導(dǎo)彈突然點火，造成了7200萬美元的損失，并造成人員損傷134人，調(diào)查結(jié)果顯示導(dǎo)彈屏蔽接頭不合格，靜電引起了點火。1969年底，在不到一個月的時間內(nèi)，荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時產(chǎn)生的靜電引起相繼發(fā)生爆炸。

我國在石化企業(yè)曾發(fā)生30多起因靜電造成了嚴重火災(zāi)爆炸事故。許多工業(yè)發(fā)達國家都建立了靜電研究機構(gòu)，我國從60年代末開始開展了一些靜電研究工作，80年代開始以來, 我國的靜電研究發(fā)展極為迅速。1981年成立了中國物理學(xué)會靜電專業(yè)委員會并召開了第一次全國靜電學(xué)術(shù)會議，全國性的和各地方的靜電學(xué)術(shù)會議不斷召開，靜電研究和應(yīng)用的范圍也越來越廣，科研隊伍不斷壯大。

我國已經(jīng)成為電子產(chǎn)品的加工基地，在珠三角、長三角集中了眾多的電子產(chǎn)品加工企業(yè)。這些企業(yè)的 ESD 控制工作絕大多數(shù)沒有按照美國標準建立ESD20.20 方案，工廠的ESD控制工作無非 是購買防靜電工作服和手腕帶這些簡單的 ESD 用品，距離 ESD 20.20 標準有很大的差距。很多企業(yè)在遇到國外的大客戶現(xiàn)場稽核時，往往在做了精心的準備之后，卻還是因為 ESD 問題被拒之門外。ESD 技術(shù)水平的提高是整個電子行業(yè)的當務(wù)之急，ESD 體系標準的推廣和普及任務(wù)艱巨。

ANSI/ESD相關(guān)知識

ANSI成立于1918年，原名是美國工程標準委員會（American Engineering Standards Committee；AESC），1928年改名為美國標準協(xié)會（American Standards Association；ASA），1966年改名為美國標準學(xué)會（America Standards Institute；USASI），1969年正式改為現(xiàn)名美國國家標準學(xué)會（American National Standards Institute，ANSI）。

ESD20.20 標準

ANSI/ESD S20.20:2007 是美國 ESD Association（ESD 協(xié)會）于 2000 年 正式推出認可的認證項目，該協(xié)會由電子元器件的制造、使用商組成的，主要成員包括了 IBM，MOTOROLA 等公司，這些公司的 OEM 工廠或供貨商必須要通過 ESD S20.20 認 證認可，才能獲取和保持 OEM 和供應(yīng)產(chǎn)品的資格。所以，可以認為 ESD20.20 是一個買方認證標準，對于那些芯片、電子元器件、電源及轉(zhuǎn)換器、顯示屏的制造商而言，要成為知名品牌的供應(yīng)商，ESD20.20 近似于一個強制認證標準。

四大原則

*環(huán)境控制

*人員控制

*包裝材料控制

*人員訓(xùn)練

基本方法　1.接地 接地就是將靜電通過一條線的連接放入大地，這是防靜電措施中最直接最有效的。導(dǎo)體常用的接地方法有：帶防靜電手腕及工作表面接地等。　2.靜電屏蔽 靜電敏感元件在儲存或運輸過程中會暴露于有靜電的區(qū)域中，用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜電對電子元件的影響。最通常的方法是用靜電屏蔽袋作為保護。　3.離子中和 絕緣體往往是易產(chǎn)生靜電的，對絕緣體靜電的消除，用接地方法是無效的，通常采用的方法是離子中和， 即在工作環(huán)境中使用離子風(fēng)機，離子氣槍。

1. 概述

隨著多媒體應(yīng)用在每個人的日常生活中扮演的角色日益增長，計算機與消費電子之間的關(guān)系也日益密切，對便攜性和功能性方面的增長會有持續(xù)性的需求。這就要求元件有更高的集成度——總的趨勢卻是導(dǎo)致敏感而昂貴的芯片,由于存在外部接口的ESD 浪涌而遭到損壞的風(fēng)險也在增長。

為了抵消這種風(fēng)險，Philips 提供了一系列寬范圍的完整分立產(chǎn)品，致力于保護、消除和濾波所有相關(guān)的I/O 端口。

作為USB 開發(fā)者論壇的關(guān)鍵成員，Philips 提供了多種保護解決方案，包括用于USB 接口的濾波和消除器件，范圍從主板到筆記本。

2. USB 1.1 – 端口保護

2.1 應(yīng)用領(lǐng)域：MP3 播放器、PDA、數(shù)碼相機通用串行總線（USB）是一種支持熱插拔和可移動的系統(tǒng)，因此對靜電特別敏感。Philips提供的ESP 保護二極管，以及聯(lián)合ESD 保護、濾波和消除的器件，針對所有便攜式USB 1.1應(yīng)用，比如PDA、MP3 播放器和數(shù)碼相機。

2.2 IP4058CX8/LF 重要特性

線路終端。

EMI 濾波。

8 kV I/O ESD 保護。

8 kV ESD ID 管腳保護。

2.3 PESD5V0L2UM 重要特性

15 kV 接觸I/O ESD 保護。

極低的漏電電流5 nA。

很低的電容16 pF。

極小的SMD 封裝。

3. USB 2.0 -單端口OTG 保護

3.1 應(yīng)用領(lǐng)域：打印機，數(shù)碼相機

USB2.0 接口由一對差分數(shù)字信號構(gòu)成，數(shù)據(jù)傳輸率最高達到480 Mbps，普遍運用于連接個人PC，筆記本和嵌入式計算機工作站的外設(shè)端口。Philips 在USB 運用中提供了一系列的超低電容的ESD 保護器件。

3.2 IP4059CX6/LF 重要特性

8 kV 接觸I/O ESD 保護。

15 kV 接觸 ESD ID 管腳保護。

很小的面積。

4. USB 2.0 -單端口保護

4.1 應(yīng)用領(lǐng)域：打印機、數(shù)碼相機、筆記本

由于處理數(shù)據(jù)的速率高達480Mbps，USB 2.0 接口為了避免信號失真而需要配備具有超低線路電容的ESD 保護器件。Philips 的超低電容ESD 保護系列器件非常適合于USB 應(yīng)用，包括打印機、數(shù)碼相機和筆記本。

4.2 PRTR5V0U2X 重要特性

8 kV 接觸I/O ESD 保護。

超低的線路電容1.0 pF 。

4.3 PRTR5V0U2AX 重要特性

12 kV 接觸I/O ESD 保護。

超低的線路電容1.8 pF。

5. USB 2.0 –雙端口保護

5.1 應(yīng)用領(lǐng)域：筆記本，PC 主板

在使用雙端口USB 2.0 設(shè)備時，為了使干撓帶來的風(fēng)險最小化，推薦使用最低電容的

ESD 保護器件。電容僅有1 pF，Philips PRTR5V0U4D 提供了服從IEC61000-4-2 標準的防護。

5.2 PRTR5V0U4D 重要特性

12 kV 接觸ESD 保護。

超低的線路電容1.0 pF。

6. RGB/VGA 接口

6.1 應(yīng)用領(lǐng)域：圖形卡，筆記本，PC 主板，監(jiān)視器

VGA 接口廣泛用于圖形卡，筆記本，PC 主板和監(jiān)視器之間的模擬視頻信號的連接，還有提供給用戶最大限度可調(diào)的ESD 器件IP4274CZ16，不帶上拉電阻，允許不同阻值的上拉電阻從而應(yīng)用于一些特殊的設(shè)計場合。

6.2 IP4273CZ16 重要特性

8 kV 接觸ESD 保護。

超低5 pF 的線路電容。

線路終端。

上拉電阻（可選）。

EMI 濾波。

完全集成的75 歐電阻。

6.3 IP4274CZ16 重要特性

8 kV 接觸ESD 保護。

超低5 pF 的線路電容。

線路終端。

EMI 濾波。

完全集成的75 歐電阻。

6.4 IP4272CZ16 重要特性

8 kV 接觸ESD 保護。

超低5 pF 的線路電容。

線路終端。

EMI 濾波。

RGB 輸入輸出獨立。

完全集成的75 歐電阻。

7. DVI/HDMI 接口

7.1 應(yīng)用領(lǐng)域：液晶電視，監(jiān)視器，DVD

DVI 和HDMI 接口已常用于數(shù)字視頻與音頻和顯示平板的連接。由于高頻信號（最高

達1.6GHz）的處理要求這些數(shù)據(jù)線配置極低的線路電容。Philips 提供了獨特的1pF 的線路電容保護器件。性能繼續(xù)維持8 kV 的可接觸的IEC61000－4－2 標準。

7.2 PRTR5V0U8S 和PRTR5V0U4D 重要特性

8 kV 接觸ESD 保護。

8. IEEE 1284 接口

8.1 應(yīng)用領(lǐng)域：并行打印端口

對于傳統(tǒng)的并行端口（IEEE 1284），Philips 提供了多種ESD 保護二極管組，他們集成在一個很小的SMD 封裝里，從4 線到18 線不等的ESD 保護。與離散的二極管相比，這種ESD 的箝位性能更加優(yōu)良。

8.2 IEEE 1284 接口ESD 芯片重要特性

15 kV 接觸ESD 保護。

超低的泄漏電流5 nA。

很低的電容16 pF。

9. 獨立的音頻/視頻接口

9.1 應(yīng)用領(lǐng)域：筆記本，PC 主板，聲音和圖像卡

外部接口開放的音頻信號線需要ESD 保護去驅(qū)動音頻芯片。Philips 提供了一款小巧的

4 通道ESD 保護器件，以較低的綜合成本給消費者最大的利益。

9.2 PRTR5V0U4D 重要特性

8 kV 接觸ESD 保護。

超低的1 pF 的電容。

9.3 PRTR5V0L4UW 重要特性

10. S-視頻/音頻接口

10.1 應(yīng)用領(lǐng)域：筆記本，PC 主板，聲音和圖像卡

4 通道ESD 保護器件，以較低的綜合成本給用戶最大的利益。

10.2 PRTR5V0U4D 重要特性

8 kV 接觸ESD 保護。

超低的1 pF 的電容。

10.3 PESD5V0L5UW 重要特性

15 kV 接觸ESD 保護。

很小的電容16 pF。

超小的SOT666 SMD 封裝。

11. SCART 接口

11.1 應(yīng)用領(lǐng)域：錄像機，機頂盒，DVD 刻錄機

SCART 接口在電視機到錄像機，機頂盒，DVD 錄像機和人造衛(wèi)星接收器的連接中得到了廣泛的應(yīng)用。由于這些應(yīng)用中使用了敏感的IC 器件，ESD 保護顯得非常重要。尤其是視頻和音頻信號線。

11.2 PRTR5V0U8S 和PRTR5V0U4D 重要特性

8 kV 接觸ESD 保護。

4、6、8 軌到軌通道。

超低的1 pF 的電容。

11.3 PESD5V0L7BAS 和PESD5V0L5UW 重要特性

15 kV 接觸ESD 保護。

5 和8 疊ESD 保護二極管組。

很小的電容16 pF。

12. IEEE 1394

12.1 應(yīng)用領(lǐng)域：筆記本，數(shù)字便攜式攝像機

IP4224CZ6 是保護TPA 和TPB 數(shù)據(jù)通道的靜電放電的最佳方法。而且每一個器件內(nèi)集

成55W 的終端電阻，從而達到極好的性能匹配。一個典型的應(yīng)用如下所示：

12.2 IP4224CZ6 重要特性

電阻匹配在TPA 與TPB 之間。

不需添加過壓保護。

13. LVDS

13.1 應(yīng)用領(lǐng)域：液晶面板，打印機，網(wǎng)絡(luò)集線器

LVDS 數(shù)據(jù)線連接廣泛應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)信號傳輸，例如，在商用打印機或者LCD 面板

與轉(zhuǎn)接板的連接。這些應(yīng)用需要ESD 保護是由于使用了敏感的IC 器件。對于這些高速數(shù)據(jù)線，軌到軌保護器件完全適用。

13.2 PRTR5V0U4D 重要特性

8 kV 接觸ESD 保護。

超低的電容1 pF。

14. 高速接口

14.1 應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)，G 比特以太網(wǎng)

新的Philips 軌到軌家族被用來同時解決兩個高速接口的問題，超低的線路電容和高要

求的ESD 保護。

14.2 高速接口ESD 器件重要特性

8 kV 接觸ESD 保護。

2、4、6、8 軌到軌通道。

超低的線路電容1.0 pF。

表面電阻率：簡單地說表面電阻率就是同一表面上兩電極之間所測得的電阻值，將電極形狀和電阻值結(jié)合在一起通過計算可得到單位面積的電阻值。市面上可以買得到讀數(shù)為單位面積電阻值的測量儀。

體電阻率：體電阻率是通過材料厚度的電阻值，單位是Ω·cm。

導(dǎo)電材料：導(dǎo)電材料指表面電阻率和體電阻率分別小于1000,000Ω和1000,000Ω·cm的材料。

耗散材料：耗散材料指表面電阻率和體電阻率分別小于1000,000,000,000Ω或1000,000,000,000Ω·cm的材料。

防靜電材料：“防靜電”指的是能夠抑制電荷累積，可以在材料制造過程中添加或者局部加入某種物質(zhì)得到這種特性。防靜電材料無需用表面或體電阻率表示。

導(dǎo)電添加劑和薄膜 如果由于成本或者其他設(shè)計上的原因只能使用塑料材料或復(fù)合材料時，可以使用添加劑改善靜電特性，將添加劑混入塑料材料中，根據(jù)添加劑和樹脂百分比不同可獲得所需的導(dǎo)電性或耗散性。

在樹脂中加入纖維可以使之獲得導(dǎo)電性或耗散性并增強強度，這種纖維可能本身就有導(dǎo)電性或者采用了表面電鍍工藝。雖然添加纖維可得到這些好處，但它也改變了收縮率和韌性。填充劑可以提供導(dǎo)電性和耗散性，增加強度，但常常會降低基體樹脂的硬度。表1是一些常見的導(dǎo)電添加劑。

傳送帶 傳送帶用來輸送元件、PCB和其他器件，材料一般為塑料、纖維制品或橡膠。如果傳送帶要接收從機器其他部分傳來的器件，那么它應(yīng)該采用耗散性材料。當傳動帶表面電阻率為1～1000,000Ω時，它會使帶電器件放電速度太快，對器件造成損害；當表面電阻在1000,000Ω～1000,000,000Ω時，只要傳送帶通過轉(zhuǎn)輪滑輪和機架良好接地，傳送帶上就不會帶電。

另一個要考慮的問題是傳送帶速度。如果傳送帶運動速度太快，器件放到傳送帶上時就可能會滑動(或者器件保持不動而傳送帶繼續(xù)在動)，這時就會形成摩擦生電，傳送帶如果接地能使電荷耗散掉，但是器件或PC板仍帶有電荷而會造成危害。

導(dǎo)向裝置和導(dǎo)軌 導(dǎo)向裝置和導(dǎo)軌用來提供通道或者使器件放于一個固定的位置或保持一定的方向性，采用的材料應(yīng)能使電荷耗散掉并且防止器件摩擦生電。表面電阻率為1000,000Ω的材料具有良好耗散性而且不會損傷器件，如果送入的器件處于無靜電狀態(tài)，也可以使用導(dǎo)電性材料(表面電阻率低于1000,000Ω)。

仍然有很多電子工程師對靜電的產(chǎn)生及防護了解不夠，往往把靜電阻抗器（ESD）和用于一般電壓保護的壓敏電阻（EMD）混為一談。下面就簡單介紹一下壓敏電阻。

壓敏電阻是一種無極性過電壓保護元件，無論是交流電路或直流電路，只需將壓敏電阻器與被保護電器設(shè)備或元器件并聯(lián)即可達到保護設(shè)備的目的。壓敏電阻的缺點是易老化和電容較高，老化是指壓敏電阻內(nèi)的二極管元件被擊穿。由于大多數(shù)情況下P－N結(jié)過載時會造成短路，依其負載的頻繁程度，壓敏電阻開始吸引泄漏電流，泄漏電流會在敏感的測試電路中引起測量數(shù)據(jù)誤差，同時，特別是在額定電壓高的電路中，會造成強烈發(fā)熱。

壓敏電阻的電容高（最低都在100pf以上），使它在很多情況下不能在信號傳輸線路中使用。電容和導(dǎo)線電感形成一個低通電路，會使信號極大地衰減。但頻率大約在30kHz以下的衰減可以忽略不計。但是對于要求通過USB端口與計算機連接的大多數(shù)碼產(chǎn)品來說，一旦連接端口的電容值大于5pf時，往往會引起數(shù)據(jù)傳輸出錯或失敗。

電子消費類、數(shù)碼產(chǎn)品中專門的靜電阻抗器ESD（靜電保護元件）：電壓范圍為〈24V，極間電容有〈2.5pf的，響應(yīng)速度小于1ns，極低的漏電流，封裝主要為0603和0402。工作原理是：在電器正常工作過程中，ESD只是表現(xiàn)為容值極低的(一般〈5pf)容抗特性，不會對正常的電器特性產(chǎn)生影響,且不會影響到電子產(chǎn)品的信號及數(shù)據(jù)傳輸；當器件兩端的過電壓達到預(yù)定的崩潰電壓時，迅速（納秒級）做出反應(yīng)，以幾何級數(shù)的量放大極間漏電流通過，從而達到吸收、減弱靜電對電路特性的干擾和影響。同時，由于ESD靜電阻抗器的構(gòu)成材質(zhì)的特殊性，ESD往往都是通過對靜電進行吸收和耗散，亦即表現(xiàn)為一個充放電的過程，來達到對設(shè)備進行靜電防護，所以設(shè)備中的ESD靜電阻抗器都不易老化損壞。

由于國外進口電子產(chǎn)品時均要求通過靜電測試，這就要求我們設(shè)計產(chǎn)品時應(yīng)充分考慮ESD問題，在硬件的設(shè)計上應(yīng)該注意的有以下幾個方面的問題：首先，靜電會通過兩種渠道在傳播，一種是感應(yīng)的空氣放電，另外一種是傳導(dǎo)；感應(yīng)的空氣放電主要防護措施是屏蔽，主要考慮結(jié)構(gòu)等方面的問題；傳導(dǎo)的防護主要是吸收，我們只要在需要保護的端口前增加ESD即可；其次，在我們增加保護器件ESD時，盡量遠離受保護的端口而盡量靠近靜電到入口；在次，在設(shè)計PCB時經(jīng)過ESD期間的線路，盡量產(chǎn)生銳角；最后，應(yīng)該重點考慮受保護器件的地線走向問題，是否也是全部納入受保護的范疇，否則在做靜電反向脈沖測試時，無法達到正向脈沖的等級。

ESD 認證時根據(jù) ANSI/ESD S20.20，是對企業(yè)的 ESD 體系（包括文件、人員及防護設(shè)施體等）進行 認證。ESD 標準是基于 ISO 9001 基礎(chǔ)上對靜電放電防護控制體系的特定要求。標準對工廠的 ESD 體 系的建立、EPA 的建立、敏感器件的包裝、生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的處理、人員培訓(xùn)和考核、內(nèi)審制度的建立 和檢查、檢測手段等各方面都作了明確的規(guī)定。

前言

致謝

第1章ESD設(shè)計綜合

第2章ESD架構(gòu)和平面布局

第3章ESD電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

第4章ESD電源鉗位

第5章ESD信號引腳網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與綜合

第6章保護環(huán)的設(shè)計與綜合

第7章ESD全芯片設(shè)計——集成與結(jié)構(gòu)