什么是ESD？如何防止ESD?一文总结，6种ESD保护电路PCB布局

geyujia1

　　ESD保护

　　依旧自我介绍，张工，NPI 工程师，如果还不知道我具体是干什么的，欢迎看我的第一篇文章(主页点进去即可)。

　　万变不离其宗，作为 NPI 工程师，DFM 可制造性分析涉及的范围非常广，今天主要是关于：什么是ESD?如何防止ESD?

　　一、什么是ESD?

　　ESD代表静电放电。许多材料可以导电并积累电荷。ESD 是由于摩擦带电(材料之间的摩擦)或静电感应而发生的。每当发生这种情况时，物体都会在其表面形成固定电荷(静电)。当这个物体放置得太靠近另一个带电物体或材料时，电压差会导致电流在它们之间流动，直到恢复电荷平衡。

　　因此，可以将静电放电定义为两种带电材料或物体之间由接触、短路或电介质击穿引起的瞬时电流流动。

　　对于消费类产品，ESD 和空气中的介质击穿通常发生在两点之间的电场大于 40 kV/cm 时。气压、温度和湿度等因素会影响电场强度。例如，某些环境中的高湿度会导致空气更具导电性，这会耗散一些电荷并增加 ESD 所需的电压。

　　二、ESD如何影响PCB?

　　静电在生活中比较常见，但是静电荷的电压可以达到几千伏，可以对元件造成很大的危害。

　　当这个电压差足够大时，就会有电流的传导路径，从而产生巨大的电流脉冲。随着电流脉冲的发展，高热量会在 PCB 本身的元件和导体内消散。在极端场强和产生的电流下，PCB 可能会损坏，组件可能会被毁坏。

　　这种散热基本上是 IR 压降，其中 PCB 中元件的自然直流电阻会产生压降并达到高温。ESD 可能发生在 PCB 上的一些常见位置，因此 PCB 中的 ESD 保护应重点放在某些特定区域。如下例如：

　　1、集成电路中的ESD

　　ESD 脉冲会导致电流流过集成电路上的管芯，产生会损坏组件的高热。下面显示了集成电路封装的示例和半导体芯片上的走线。

　　集成电路封装(左)和管芯(右)上的极端 ESD 损坏

　　尤其是现在很多芯片都是使用光刻特性制造的，不能承受高压降，虽然说可能只是高于工作电压的DC值，也会对芯片造成影响。

　　2、连接器中的ESD

　　连接器本身不是ESD源，但是在上面积聚的静电荷都可能导致ESD。有人插入芯片，拔出电缆或者按下按钮都会给设备带来静电风险。由于浮动导体上静电荷传递，浮动引脚可能会产生ESD。最后当连接器插入插座时，可能会产生ESD，从而产生火花。

　　处理浮动引脚的简单解决方案是将它们接地。屏蔽连接器还应具有连接到机箱的接地屏蔽层，并最终连接到大地。应该是直接连接到底盘的低阻抗连接，不通过电容提供此连接，也不通过 PCB 将 ESD 电流路由到地。

　　PCB 设计的几乎每个元素(走线、布线、层、电子元件放置和间距)都会影响电路板上的 PCB ESD 保护。因此必须在设计早期就考虑到ESD保护电路。