静电

ESD静电防范常见问题及解决方案静电是人们非常熟悉的一种自然现象。静电的许多功能已经应用到军工或民用产品中，如静电除尘、静电喷涂、静电分离、静电复印等。然而，静电放电 ESD(Electro-Static Discharge)却又成为电子产品和设备的一种危害，造成电子产品和设备的功能紊乱甚至部件损坏。

现代半导体器件的规模越来越大，工作电压越来越低，导致了半导体器件对外界电磁骚扰敏感程度也大大提高。ESD对于电路引起的干扰、对元器件、CMOS电路及接口电路造成的破坏等问题越来越引起人们的重视。电子设备的ESD也开始作为电磁兼容性测试的一项重要内容写入国家标准和国际标准。

<strong>静电成因及其危害</strong>

静电是两种介电系数不同的物质磨擦时，正负极性的电荷分别积累在两个特体上而形成。当两个物体接触时，其中一个趋从于另一个吸引电子，因而二者会形成不同的充电电位。就人体而言，衣服与皮肤之间的磨擦发生的静电是人体带电的主要因之一。

<strong><font color="#FF0000">作者：刘彦珺 赵丰</font> </strong>

<strong>引言</strong>

利用人体和电极之间产生的静电电容进行工作的电容式触摸开关，最初被应用于智能手机，进而又被广泛地应用在了家电产品、AV机器、汽车以及工业设备上。由于触摸开关的组成无需机械部件，因此使用起来非常灵活，甚至可以安装在坚硬的曲面上。本文基于瑞萨电子的静电电容式触摸技术，介绍触摸开关检测的基本原理以及抗干扰技术等。

<strong>触摸开关检测原理简介</strong>

静电电容式触摸开关通过捕捉人体与电极之间静电电容（1pF以下）的微弱变化，判断开关的ON/OFF状态。有很多种方法可以将静电电容量转换为开关的ON/OFF状态。其中最简单的方法，是利用静电电容和电阻形成低通滤波器（LPF），通过测量充电/放电常数的变化判断静电电容的变化。这种方式被称为张驰振荡方式。由于其电路简单，无需专用的静电电容测量电路，因此被广泛应用。但是这种方法的抗噪声性能偏弱，有时会由于照明灯具或家电产品的逆变噪声而发生误判。

对于模拟CMOS（互补对称金属氧化物半导体）而言，两大主要危害是静电和过压（信号电压超过电源电压）。了解这两大危害，用户便可以有效应对。

<strong>静电</strong>

由静电荷积累（V=q/C=1kV/nC/pF）而形成的静电电压带来的危害可能击穿栅极与衬底之间起绝缘作用的氧化物(或氮化物)薄层。这项危害在正常工作的电路中是很小的，因为栅极受片内齐纳二极管保护，它可使电荷损耗至安全水平。

然而，在插人插座时，CMOS器件与插座之间可能存在大量静电荷。如果插人插座的第一个引脚恰巧没有连接齐纳二极管保护电路，栅极上的电荷会穿过氧化层释放而损坏器件。

<strong>以下四步有助于防止器件在系统装配阶段受损：</strong>

将未使用的CMOS器件存放于黑色导电泡沫材料中，这样在运输时可以防止引脚之间积累电荷；

负责器件接插的操作人员应通过一个塑料接地带与系统电源地相连；

从防护性的泡沫材料中取出CMOS器件前，泡沫材料应与电源共地，释放掉积累的电荷；

在电路插人电路板之后，移动电路板时应保持电路板接地或屏蔽。

<strong>SCR闩锁</strong>

最近在做电子产品的ESD测试，从不同的产品的测试结果发现，这个ESD是一项很重要的测试：如果电路板设计的不好，当引入静电后，会引起产品的死机甚至是元器件的损坏。以前只注意到ESD会损坏元器件，没有想到，对于电子产品也要引起足够的重视。

ESD，也就是我们常说的静电释放(Electro-Static discharge)。从学习过的知识中可以知道，静电是一种自然现象，通常通过接触、摩擦、电器间感应等方式产生，其特点是长时间积聚、高电压(可以产生几千伏甚至上万伏的静电)、低电量、小电流和作用时间短的特点。对于电子产品来说，如果ESD设计没有设计好，常常造成电子电器产品运行不稳定，甚至损坏。

在做ESD放电测试时通常采用两种方法：接触放电和空气放电。接触放电就是直接对待测设备进行放电;空气放电也称为间接放电，是强磁场对邻近电流环路耦合产生。这两种测试的测试电压一般为2KV-8KV，不同地区要求不一样，因此在设计之前，先要弄清楚产品针对的市场。

以上两种情况是针对人体在接触到电子产品时，因人体带电或其他原因引起电子产品不能工作而进行的基本测试。下图是一些地区在一年中不同月份的空气湿度统计。从图中可以看出Lasvegas全年的湿度最少，该地区的电子产品要特别注意ESD的保护。

静电是人们非常熟悉的一种自然现象。静电的许多功能已经应用到军工或民用产品中，如静电除尘、静电喷涂、静电分离、静电复印等。然而，静电放电ESD（Electro-Static Discharge）却又成为电子产品和设备的一种危害，造成电子产品和设备的功能紊乱甚至部件损坏。

下面谈一谈静电相关问题，在Part1文末部分介绍了一种终极大招，来解决数码产品ESD静电问题，在Part2部分，例举了PCB设计过程中抗ESD问题，作了详细剖析。

<strong>Part 1 ESD静电基本问题</strong>

现代半导体器件的规模越来越大，工作电压越来越低，导致了半导体器件对外界电磁骚扰敏感程度也大大提高。ESD对于电路引起的干扰、对元器件、CMOS电路及接口电路造成的破坏等问题越来越引起人们的重视。电子设备的ESD也开始作为电磁兼容性测试的一项重要内容写入国家标准和国际标准。

<strong>1.静电成因及其危害</strong>

静电是两种介电系数不同的物质磨擦时，正负极性的电荷分别积累在两个特体上而形成。当两个物体接触时，其中一个趋从于另一个吸引电子，因而二者会形成不同的充电电位。就人体而言，衣服与皮肤之间的磨擦发生的静电是人体带电的主要因之一。

其实MOS管一个ESD敏感器件,它本身的输入电阻很高，而栅-源极间电容又非常小，所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,又因在静电较强的场合难于泄放电荷，容易引起静电击穿。

<strong>静电击穿有两种方式：</strong>

一是电压型，即栅极的薄氧化层发生击穿，形成针孔，使栅极和源极间短路，或者使栅极和漏极间短路；

二是功率型，即金属化薄膜铝条被熔断，造成栅极开路或者是源极开路。

现在的mos管没有那么容易被击穿，尤其是是大功率的vmos,主要是不少都有二极管保护。vmos栅极电容大，感应不出高压。若是碰上3DO型的mos管冬天不带防静电环试试，基本上摸一个挂一个。

与干燥的北方不同，南方潮湿不易产生静电。还有就是现在大多数CMOS器件内部已经增加了IO口保护。但用手直接接触CMOS器件管脚不是好习惯。至少使管脚可焊性变差。