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在讨论如何设计产品避免遭受ESD损坏之前，先要了解ESD破坏电子产品的原因，方便后续讨论与技术的了解。 ESD能量是经由传导性能量转移方式引入产品的电子组件内，主要破坏力是瞬间峰值电流，电压是引导放电作用的诱发

在讨论如何设计产品避免遭受ESD损坏之前，先要了解ESD破坏电子产品的原因，方便后续讨论与技术的了解。 ESD能量是经由传导性能量转移方式引入产品的电子组件内，主要破坏力是瞬间峰值电流，电压是引导放电作用的诱发位能。ESD开始时是经由直接(电流)或间接辐射方式以快速的瞬时突波冲击到电路组件上，这当中有电流热效应也有电磁场的干扰效应。

故ESD 对造成电子组件失效情况可概分三种情形

(1) 硬件失效(Hard failure)，(2) 潜在性失效(Latent failure)和 (3) 场强感应失效 (Field induction failure) 。

1. 硬件失效问题: ESD电弧电压(Spark voltage)窜入半导体内部使绝缘部位损坏. 如在P-N接合点短路或开路,内部绝缘的氧化层贯穿(punch-through)-金属氧化处理部位产生熔蚀(melting)等, 这都是属于永久性失效.

2. 潜在性失效问题：当ESD发生时系统虽暂时受到影响,仍然可继续动作, 但功能会随时间逐渐变差, 隔数日或数周后系统出现异常, 最后成为硬件失效. 这是因为半导体组件已经受到部分不可回复的损伤, 随着使用时间日增,异常功能自会逐渐显现. 这种失效是最难捉模,无法以失效模式分析确认. 若用户若遇这类产品, 应该要能意识到该产品的质量状况,尚不成熟。

3. 感应场强失效问题：当 ESD的高压放电火花跟电流会对产生电场辐射效应， 这种宽带的辐射，经常使临近的电路受干扰而失常，如Latch-Up，或暂时性程序错乱，及数据流失等，严重时更会损伤硬件成为永久行硬件失效。

ESD的防护设计由PCB 阶段开始做起

谈到系统产品的静电防制设计, 必须从印刷电路板(PCB)开始做ESD的保护. 在印刷电路板上也有三种容易造成ESD失误状态如下:

1. ESD电流直接流经受害电路组件的接脚造成永久性损坏: 此类模式系由外部组件(如键盘, 或I/O界面的连接器)直接联机带入ESD突波电流. 要预防这种直接伤害, 即使用一颗串联电阻或并联电容在这些电路上就可以限制流经IC的ESD电流

2. ESD电流流经地回路造成重置或损坏: 大部份的设计者都假设其电路接地为低阻抗, 经ESD脉充电流通过, IC接地的阻抗极容易产生地电位跳动(Ground Bounce), 这种地弹跳会使IC重置或锁定, IC如被锁定时非常容易被供应的电源摧毁.

3. 电磁场间接耦合： 例如垂直板与水平板之放电， 使电路造成重置，对于高阻抗组件曾经有损坏之报告，这种失效模式与PCB环路面积，机构屏蔽好坏而定。欲防护这种ESD可以从机构屏蔽和PCB设计布线着手。

在PCB上对ESD保护常用之设计技术

PCB走线排列时加放电间隙，这是用一组锐角三角形铜箔尖端相对，间隔约6-10 mil，其中一端接地。

PCB走线须考虑减少对电磁场耦合的敏感度，多应用反耦合电容，可减小回路面积。反耦合电容宜选用耐高压的陶磁电容，这些电容必须放置在靠近I/O连接器处。将耐高压的陶磁电容放在PCB连接器附近的VCC 和Ground，这不仅缩小了环路面积,也收到反耦合( decoupling)的作用. 另在电源及地之间加上高谐振频率的旁路电容，可降低对感应场强及电磁场间接耦合的反应，唯电容的等效串联电感 (ESL) 及等效串联电阻要越低越好。

在PCB 布局时可以使用低通滤波的方式疏导ESD能量，低通滤波器是由电容与电感组合构成，它可以阻止高频的ESD 能量进入系统。其中电感对突波会呈现高阻抗，因而衰减了窜入系统的能量， 电容是装置在电感的输入端，会将窜入的ESD高频频谱能量旁路到接地端。使用环氧铁质( Ferrite)电感对ESD电流有极佳之衰减能力。

在PCB上可用箝制电路抑制瞬间高压，如使用电压箝制二极管作抑制,在规格上必须选择能承受数kV之耐压且dv/dt脉冲响映快速, 并能在瞬间消耗大电流的二极管组件.

在PCB部局时可将对ESD敏感组件以壕沟方式与其他区域隔离, 以防止ESD事件的转移或耦合到其它功能的部位.

对间接放电的电磁场耦合及电弧效应场强辐射抵抗力而言,采用多层板比单层板可增加10倍以上的免疫力.

系统之产品ESD防护

在系统阶段的静电防制措施,最主要是从接口的连接阜作好接地，另外机壳若为金属材质, 如要做表面处理前,机壳或机构在衔接位置务必保持导电性, 如此才可以使机壳发挥屏蔽功能。若ESD打在机构屏蔽良好的产品上，理论上机构内的电路是不会受影响的，这就如同以前物理学家法拉第曾经坐在金属笼试验原理相同。 但是电子产品须要有开关及按钮，因此要防止ESD能量从开关或按钮进入电路板伤及组件，可采用导电材质的垫片或垫圈(Gasket) 以阻挡ESD

目前大多数的消费性电子产品机构外壳是使用非金属材料，例如使用塑料质外壳，是可以免测直接接触放电项目，若其绝缘与耐压特性不足，在被测试空气放电 (Air discharge)时，ESD电弧会穿透外壳或从机构隙缝窜进产品内部对PCB上的IC形成二次放电 (Second arcing) 的情况。要预防这种静电问题,可在靠近缝隙的位置旁加一片金属阻隔并接地，一般称之为辅助接地。

塑料外壳的电子产品对ESD脉冲电磁场强不具屏蔽功能，当遇到垂直和水平金属板的间接放电测试时特别容易受到影响，对策是要从电路板的布局减小回路面积或使用双层以上电路板，以有效降低对ESD电磁场的感应。

故定在机壳的接口连接器须有接地防护措施，其信号线可视需要状况选择用二极管或电容或突波吸做旁路保护。对接口连接线 ( I/O cable) 要使用环氧磁磊挟扣(Ferrate core) 抑制ESD电流流窜到主要控制电路。但是用电容器旁路时必须留意电容器未置,如位置不对反而会把ESD电流引到主电路影响IC组件

在系统接地方式宜采用单点对机构(机壳)接地，当高频的ESD电流经机壳至地的路径，因有接地电阻存在，对ESD电流经不同的接地点，会产生共模噪声电压(V1、V2)干扰系统功能。因应对策是使用单点接地。

故定机构或机壳的金属螺丝不宜穿透到内部，会形成辐射天线，当ESD对该螺丝做接触放电时,则ESD能量完全经由该螺丝对内部辐射及作尖端放电。如金属外壳有开孔未加保护处理， 则经过表面的ESD电流会透过该槽孔对内产生辐射，保护对策加辅助接地隔离。