ESD对电子设备的危害及防护

化的电磁辐 射过程，主要是在极短的瞬间其放电电流对电路的感应产生噪声，以及放电电流使基准地电位如机壳 地、信号地的电位发生偏移波动，从而导致对电路正常工作的干扰。这种电磁干扰有可能引起电子产品的误动作以及信息的丢失。例如：放电火花产生的电磁干扰有可能使器件管脚电位发生翻转，使计算机程序出错或数据丢失，导致测量和控制系统失灵或发生故障。

　　一般因ESD损坏，造成电子元器件突发性完全失效的只占10%，表现为短路、开路以及参数的严重变化，器件完全丧失了其功能。突发性完全失效的有如下例子：MOS结构氧化层被击穿，CMOS器件触发门锁;PN结严重漏电、二次击穿、肖特基器件形成热斑、硅片局部区域熔化、电流增益显著下降、铝条损伤和铝条熔断;薄膜电阻熔断;压电晶体破碎。另外，因ESD危害的器件约有90%不会完全失效，而是潜伏下来，发生潜在性失效。亦即，ESD在器件中造成的损伤是一定的，

　　器件内部会出现某种程度的轻微损伤，不足以引起器件立即完全失效，器件的功能仍满足要求。若这种元器件继续带伤工作，随着ESD次数的增加，积累效应愈加明显，其损伤程度逐渐加剧，最终必将导致完全失效。潜在性失效的例子有：二极管反向电流增加、击穿电压降低、金 属电极变质;三极管EB结反向漏电流增大、β值减小、噪声系数增大、金属电极变质;双极数字电路输入漏电流增加;双极线性电路输入失调电压增大、失调电流增大;场效应管栅2源或栅2漏漏电;MOS集成电路输入或输出端与源或漏间漏电流增大、参数退化;薄膜电阻阻值漂移。

　　3 电子设备的ESD防护

　　对电子设备的ESD防护，应遵循如下所述的电子产品静电安全防护原则［1］ 。

　　1）控制静电起电量和电荷积聚，防止危险静电源的形成，亦即抑制ESD;

　　2）使用静电感度低的物质，降低电子设备工作场所的危险程度;

　　3）采用综合防护加固技术，阻止ESD能量耦合。

　　针对上述3条原则，电子设备的ESD防护措施主要有如下方面。

　　3.1抑制ESD的形成

　　ESD的产生是造成电子设备ESD危害的根源， 因此，电子设备ESD的防护对策，首先要抑制ESD的形成，措施如下［1-2，4］ 。

　　1）采用接地防止电子设备带电。将设备通过金属导线直接接地，或通过紧密结合在金属以外导体上的金属导体进行间接接地。采用这种办法，将所产生的静电迅速向大地泄漏，以防止其静电电压的上升而防止静电带电。

　　2）提高环境的湿度。环境的湿度影响材料导电性能和保持电荷的能力。当相对湿度增加到50%时，一般物体的静电带电量明显减少，当相对湿 度在65%以上时，大部分物体的表面电阻率都减小，使得静电电荷不易积聚。

　　3）提高电子设备表面的绝缘能力。人手经常接触的地方，如操作按钮、开关等元器件与机壳之间应留有一定的间隙;设备机柜表面应涂有绝缘漆或覆盖一些绝缘物质，使得静电荷不易积聚。

　　4）电子设备所处的工作台可采用防静电桌面、防静电垫和导电地板来保护。工作人员可通过穿防静电服，带防静电手套，防静电环接地的方法来防止静电。另外，铺设防静电地毯，能十分有效地抑制由于人体的运动而产生的静电。一般要求抗静电 地板的表面电阻为105～108 Ω。

　　5）在必须使用绝缘材料的场所，可使用离子 风等静电消除器，中和绝缘材料上积累的电荷，使危险静电源不能形成。

　　3.2 采用抗ESD设计和防护加固技术提高

　　电子设备的抗电磁干扰能力

　　从电子设备的结构设计和电路设计角度讲，常 用的抗ESD措施［3，5-6］ 如下。

　　1）屏蔽机箱。利用金属机箱和屏蔽罩可以使放电电流局限在机箱的外表面，阻止ESD电弧以及相应的电磁场，并且保护设备免受间接放电的影响，目的是将全部静电阻隔在机箱之外。

　　2）孔洞/缝隙的处理。当机箱表面孔洞/缝隙不可避免时，ESD一旦发生，放电电流会顺畅的通过线路板与机箱之间的寄生电容提供的通路，对线路板造成威胁。针对这一问题，可以在线路板与机箱之间加一块屏蔽板，屏蔽板与电路地连接起来。另外，通过孔缝进入的电磁辐射也会对电路产生影响。为解决这个问题，可以通过增加缝隙深度，用多个小孔代替一个大孔，在金属构件的结合处使用电磁密封衬垫减小或消除缝隙等措施，加大电磁辐射的衰减。在结构和电气设计时，要使敏感电子器件、电路、电缆远离孔洞/缝隙。

3）信号地与机箱单点连接。如果电路与机箱连在一起，则只应通过一点连接，可防止电流流过电路，否则机箱上的电流会流进电路，造成干扰，另外，将信号地与机箱连接起来的意义还有机箱由ESD发生时，机箱的电位升高，由于线路板与机