ESD测试与整改设计参考--MM
ESD问题整改案例分析
案例分析
（1）非金属绝缘体外壳 电力电子设备根据外壳的导电性分为金属外壳和非金属绝缘体外 壳。具有金属外壳的设备有一个非常显著的优点，它的金属外壳可以 作为ESD电流的一个泄流路径，但同时它也促进了静电放电；对于非 金属绝缘体外壳设备，它的优点是阻止了静电放电的发生，但是除非 做到绝对的绝缘，否则通过接缝和隙缝静电放电就可能发生。 DJGZ22-GY200型电力集中器实物如上图所示，它的外壳为塑料材料， 属于非金属绝缘体。当采用水平耦合板或者垂直耦合板进行放电试验 时，电力集中器的塑料外壳会聚集大量同极性的放电电荷，属于金属 导体的电路板支架连接着外壳和集中器内部的PCB电路板，聚集在外 壳上的大量静电电荷通过该支架和空间电磁场耦合进入电子电路，产 生静电放电，从而严重影响了电路中敏感的电力电子器件的正常工作。 这是具有非金属绝缘体外壳的电力电子设备的一种常见静电放电模型。
整改结果
测试结果 采取的措施 接触式 空气式 耦合板式（8KV） （8KV）（15KV） 通过 通过 未通过 理论分析
无
存在辐射性ESD问题，空间电磁 场强较大，缺乏快速有效的静 电泄流路径和敏感器件的防护
增加ESD地
通过
通过
未通过（能承受的最 增加的ESD地提供了快速有效的 大 泄流路径，但是敏感器件仍受 测试电压有一定增加） 空间强电磁场强的影响 未通过（能承受的最 敏感器件得到保护，但是系统 大 缺乏快速有效的泄流路径 测试电压有一定增加） 通过
1.测试方法 直接接触放电(尖电极头)：直接接触放电端安装在ESD模 拟器上，并对可触及的放电点直接接触放电试验，试验电 压采用表B.1规定的接触放电电压等级。 空气放电(半圆电极头)：空气放电端安装在ESD模拟器上， 距离被试设备至少15mm。放电端垂直(±15°)对准放电位 置，以速度不大于5 mm/s缓慢靠近，直至放电。按照表 B.1中空气放电电压等级测试各点。如无放电产生，则继 续移动放电端直至放电端与放电点接触。如仍无放电产生， 则此位置及此电压等级下的试验停止。 垂直耦合板、水平耦合板放电
ESD测试与整改设计参考(精)
目錄
1> 名詞解釋 2> ESD測試設備 3> ESD標準檔 4> ESD測試要求 5> ESD設計思路與經驗 6> ESD整改思路與經驗 7> ESD生活小提示
1> 名詞解釋
ESD = Electro Static Discharge EUT = Equipment under test EMC = Electro-Magnetic Compatibility = EMI+EMS EMI=Electronic-Magnetic Interference =Conducted Emissions (AC/DC)+Radiated Emission）+（Harmonics/Flicker）諧波電流測 試 EMS=Electronic-Magnetic Susceptibility=輻射 （Radiated Immunity）+（RF Conduct Immunity） +靜電放電（ESD)+電快速瞬變脈衝（BURST)+浪湧 （Surge)+電壓變化、突降/中斷（Voltage dips and interruptions）+…
2> ESD測試設備
1)靜電放電發生器, 下圖是某兩種設備. 一般 打接觸放電的用尖頭,空氣放電用圓頭.
2)臺式設備
試驗配置: • 一個放在接地參考平面上的0.8m高的木桌, • 放在桌面上的水準耦合板(HCP)面積為1.6m *0.8m, • 垂直耦合板(VCP)面積為0.5m*0.5m, • 一個厚0.5mm厚的絕緣墊,將EUT電纜與HCP隔離. • 接地參考平面,應是一種最小厚度為0.25mm的銅或鋁的 金屬薄板,其它金屬材料雖可使用,但它們至少有0.65mm 的厚度.接地參考平面的最小尺寸為1平米.實際的尺寸取 決於EUT的尺寸,而且每邊至少應伸出EUT或耦合板之外 0.5m,並將它與保護地系統相連. • 耦合板:應採用和接地參考平面相同的金屬和厚度,而且經 過每端分別設置470KΩ 的電阻與接地參考平面連接
静电保护（ESD）原理和设计
静电保护（ESD）原理和设计⼀直想给⼤家讲讲ESD的理论，很经典。
但是由于理论性太强，如果前⾯那些器件理论以及snap-back理论不懂的话，这个⼤家也不要浪费时间看了。
任何理论都是⼀环套⼀环的，如果你不会画鸡蛋，注定了你就不会画⼤卫。
静电放电(ESD: Electrostatic Discharge)，应该是造成所有电⼦元器件或集成电路系统造成过度电应⼒(EOS: Electrical Over Stress)破坏的主要元凶。
因为静电通常瞬间电压⾮常⾼(>⼏千伏)，所以这种损伤是毁灭性和永久性的，会造成电路直接烧毁。
所以预防静电损伤是所有IC设计和制造的头号难题。
静电，通常都是⼈为产⽣的，如⽣产、组装、测试、存放、搬运等过程中都有可能使得静电累积在⼈体、仪器或设备中，甚⾄元器件本⾝也会累积静电，当⼈们在不知情的情况下使这些带电的物体接触就会形成放电路径，瞬间使得电⼦元件或系统遭到静电放电的损坏(这就是为什么以前修电脑都必须要配戴静电环托在⼯作桌上，防⽌⼈体的静电损伤芯⽚)，如同云层中储存的电荷瞬间击穿云层产⽣剧烈的闪电，会把⼤地劈开⼀样，⽽且通常都是在⾬天来临之际，因为空⽓湿度⼤易形成导电通到。
那么，如何防⽌静电放电损伤呢？⾸先当然改变坏境从源头减少静电(⽐如减少摩擦、少穿⽺⽑类⽑⾐、控制空⽓温湿度等)，当然这不是我们今天讨论的重点。
我们今天要讨论的时候如何在电路⾥⾯涉及保护电路，当外界有静电的时候我们的电⼦元器件或系统能够⾃我保护避免被静电损坏(其实就是安装⼀个避雷针)。
这也是很多IC设计和制造业者的头号难题，很多公司有专门设计ESD的团队，今天我就和⼤家从最基本的理论讲起逐步讲解ESD保护的原理及注意点，你会发现前⾯讲的PN结/⼆极管、三极管、MOS管、snap-back全都⽤上了。
正向导通反向截⽌(不记得就去翻前⾯的课程)，⽽且反偏电压继续增加会发⽣雪崩击穿(Avalanche Breakdown)⽽导通，我以前的专题讲解PN结⼆极管理论的时候，就讲过⼆极管有⼀个特性：正向导通反向截⽌们称之为钳位⼆极管(Clamp)。
电子产品ESD测试及要求
1 试验对象：该标准所涉及的是处于静电放电环境中和安装条件下的装置、系统、子系统和外部设备2 试验内容静电放电的起因有多种，但该标准主要描述在低湿度情况下，通过摩擦等因素，使操作者积累了静电，电子和电气设备遭受直接来自操作者的静电放电和对临近物体的静电放电时的抗扰度要求和试验方法。
对电子产品而言，因操作者的静电放电造成受设备干扰或损坏的几率相对其他静电放电起因大得多。
若电子产品能提高针对因操作者的静电放电的抗扰性，则针对因其他因素的静电放电的抗扰性也会有相应的提高。
3 试验目的试验单个设备或系统的抗静电干扰的能力。
它模拟：（1）操作人员或物体在接触设备时的放电。
（2）人或物体对邻近物体的放电。
4 ESD的模拟下图ESD发生器的基本线路其中高压真空继电器是目前唯一的能够产生重复与高速的放电波形的器件（放电开关）。
放电线路中的储能电容CS代表人体电容，现公认150pF比较合适。
放电电阻Rd为330Ω，用以代表手握钥匙或其他金属工具的人体电阻。
现已证明，用这种放电状态来体现人体放电的模型是足够严酷的。
下面为ESD发生器的放电电流的波形参数及波形。
图中Im表示电流峰值，上升时间tr=（0.7～1）ns5 试验方法该标准规定的试验方法有两种：接触放电法和空气放电法。
接触放电法：试验发生器的电极保持与受试设备的接触并由发生器内的放电开关激励放电的一种试验方法。
空气放电法：将试验发生器的充电电极靠近受试设备并由火花对受试设备激励放电的一种试验方法。
接触放电是优先选择的试验方法，空气放电则用在不能使用接触放电的场合中。
6 试验等级及其选择试验电平以最切合实际的安装环境和条件来选择，表2提供了一个指导原则。
表2同时也给出了静电放电试验等级的优先选择范围，试验应满足该表所列的较低等级。
标准中接触放电之所以可以用比较低的试验电压来进行试验，是因为接触放电有着极其陡峭的上升时间，其谐波成分更丰富，对设备的考核也更严格。
ESD改善专案
备注
嘉兴闻讯电子科技
Standard 3): 静电插座卡扣线及线 体静电线末端点检表
日期 项目 静电线末端对 地电阻（<10Ω
为OK）
静电插座接地 是否良好
工作台面静电 扣接地是否良
好
白班
班制 日班 晚班 日班 晚班 日班 晚班
点检人
查核人
晚班
点检人 查核人
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
规范行为&稽核 1.ESD小组不定时抽查 Warehouse/SMT/TEST/Repair 2.IPQC每班安排一人在车间门口稽核静电环\鞋 测试， 对于违反者罚款5元\次，每班稽核两次； 3.IPQC责任人每日白晚班稽核一次， 确认效果
数据分析 1.维修统计当日 维修数量/IC损坏数量； 2.QAD搜集相关数据， 每周二、周五发布分析报告。 3.QAD每周发布稽核报告， 督促责任单位改善。
而非常容易产生静电打坏主板
蜡；后续新购治具材料改为电木进设
备验收时将这一项加入验收条件
石连军 杨惠祥
11.15 需评估
11.15
新治具改 为电木
4
SMT设备中没有离 子风扇
离子风扇需要被放置到每一道的SMT 的过程中，以防止ESD敏感器件在通
过非敏感器件时被感应电荷
增加离子风机
杨中特、邱 佳佩
11.3
106-109Ω 100V以下 100V以下
22
24 流水线传
22
送带表面 电阻
24
流水线传送带表面电阻（用 表面阻抗测试仪测量）
esd极限测试标准
esd极限测试标准ESD（Electrostatic Discharge，静电放电）是指由于静电积聚导致的电荷失去平衡时所释放的能量。
ESD现象不仅在日常生活中存在，而且在电子设备制造和使用过程中尤为重要。
为了确保电子产品的可靠性和稳定性，制定ESD极限测试标准是必不可少的。
本文将详细探讨ESD极限测试标准的重要性、测试方法以及一些常用的ESD标准。
一、ESD极限测试标准的重要性静电放电可以对电子器件造成严重的损坏，甚至导致设备的故障和失效。
为了避免这些问题，制定符合国际标准的ESD极限测试标准是非常必要的。
通过标准的ESD测试，可以对产品的抗静电能力进行评估和验证，从而确保电子产品在正常使用情况下不会受到静电放电的影响，提高产品的可靠性和耐久性。
二、ESD极限测试方法1. 引雷器法测试引雷器法是目前应用最为广泛的ESD测试方法之一。
测试时，通过将电荷积聚的引雷器与待测试产品相接触，模拟真实环境中的静电放电现象。
测试结果可根据产品是否出现故障或是否能继续正常工作来评估产品的ESD抗性能。
2. 直接接触法测试直接接触法是另一种常用的ESD测试方法。
该方法通过直接将测试设备产生的静电放电电流直接接触到待测试产品上，模拟产品在使用中受到的真实静电放电情况。
测试结果可评估产品的ESD耐受能力和抗干扰能力。
3. 空气放电法测试空气放电法是一种较为特殊的ESD测试方法，主要用于测试产品在高海拔或低温环境下的ESD抗性能。
该方法通过在高海拔或低温环境中产生静电放电，并将其接触到待测试产品上，评估产品在极端环境下的ESD耐受能力。
三、常用的ESD标准1. IEC 61000-4-2IEC 61000-4-2是国际电工委员会制定的ESD极限测试标准。
该标准规定了各类电子设备在不同场景下的ESD测试方法和要求，包括测试电极的波形和幅值、测试过程中的阻抗等。
IEC 61000-4-2的标准化测试流程和结果评估方法被广泛应用于电子设备制造和检测领域。
ESD整改策略
接口连接器等部位放电问题
对于接口、复位按钮、键盘以及显示屏 等部位的放电问题同一类设备；
三类设备静电问题处理
• 绝缘外壳设备，静电试验主要针对绝缘外壳（空气放电）、金属 连接器的外壳（直接放电）、塑胶连接器的外壳（空气放电）， 面板上的一些复位按钮、拨码开关以及指示灯等部位。
空气放电头
塑胶外壳
静电枪
• 面板复位按钮是静电非常敏感的电路，可以采用以下两种方法处理。 • 指示灯、拨码开关电路的处理方式同。 • 此外，面板复位按钮、拨码开关以及指示灯在面板上的开孔应尽可能小。
Vcc
R
S
R
GND
PGND
复位芯片
S GND
Vcc R R
GND
复位芯片
面板显示屏、键盘ESD问题处理
• 对于这些部位的静电问题，一般都是因为静电进入了设备内部， 干扰显示和键盘控制电路导致问题产生，最好且最有效的办法是 在键盘、显示屏的表面贴绝缘膜，使静电在这些部位无法放电。 对于绝缘膜方法无法实施的设备，建议在控制线上加磁环进行静 电脉冲抑制。对于有屏蔽金属丝网的显示屏，金属丝网要和结构 件良好搭接。
• 解决方法：1、保证连接器的金属外壳和设备的金属外壳良好接触， 使静电电流直接从设备外壳泄放到大地上，可以采用导电布、锯 齿簧片等屏蔽材料来保证连接器的外壳和设备外壳良好搭接；2、 避免复位信号电路（线）、片选信号线以及控制信号电路等敏感 电路靠近接口连接器。
静电枪
敏感信号线 敏感电路
PCB
设备外壳
接地点
接地点
检查此条路径是否“通畅”之一
• 是否存在结构孔缝，导致静电产生的场通过孔缝向设备内部辐射； • 解决方法：采用铜箔、铝箔或导电布将此孔缝“电堵住”进行比
ESD(静电)原理、测试方法及设计对策
3.2硬件设计对策－主板
内部使用
内部使用
ESD两种主要的破坏机制：由ESD电流产生热量导 致设备的热失效；由ESD感应出过高电压导致绝缘击穿。 两种破坏可能在一个设备中同时发生，例如，绝缘击穿 可能激发大的电流，这又进一步导致热失效。 具体从手机的产品特性来讲，静电损坏的机理可以 简单降为传导干扰/击穿和耦合干扰/击穿。特别是耦合 干扰/击穿易发生在手机外壳有大面积金属的产品中。 也就是说静电不仅仅是所谓的“打”到手机外壳的狭缝 或者接口中，也会通过感应电场，在电子器件内部产生 瞬时高压，导致手机内部信号波形畸变导致功能失效； 或者直接击穿器件，导致永久性损伤。 ESD属于EMC中EMS的一部分，适用标准GB/T 17626.2 /IEC61000-4-2/EN61000-4-2 ，之间关系是等 同的。
ESD原理、测试方法 及设计对策
简要提纲
1.ESD原理 2.ESD测试 2.1ESD测试方法 2.2ESD调试步骤 3.ESD设计应对策略 3.1结构设计对策－整机 3.2硬件设计对策－主板 4.鸣谢
内部使用
1.ESD原理
ESD是英文ElectroStatic Discharge即“静电放电”意 思。 静电是由于物体之间相互摩擦起电所形成的高压电 场 ，这样的高压会对电子设备例如手机瞬时放电，从 而导致设备暂时性功能失效甚至永久性的损伤。 我们要做的课题就是分析ESD产生的机理、建立合 理的测试方法和标准、从设计上采取合理的方式来防止 静电对手机的损害；保证我们设计出来的手机可以抵抗 一定等级静电损害，提高产品的可靠性。 ESD对电子设备的影响按程度分为破坏和干扰。破 坏导致暂时隐性或者永久性损伤；干扰导致电子设备暂 时功能失效。从作用机理上可分为传导和耦合。
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2> ESD测试设备
1)静电放电发生器, 下图是某两种设备. 一般 打接触放电的用尖头,空气放电用圆头.
2)台式设备
试验配置: • 一个放在接地参考平面上的0.8m高的木桌, • 放在桌面上的水平耦合板(HCP)面积为1.6m *0.8m, • 垂直耦合板(VCP)面积为0.5m*0.5m, • 一个厚0.5mm厚的绝缘垫,将EUT电缆与HCP隔离. • 接地参考平面,应是一种最小厚度为0.25mm的铜或铝的 金属薄板,其它金属材料虽可使用,但它们至少有0.65mm 的厚度.接地参考平面的最小尺寸为1平米.实际的尺寸取 决于EUT的尺寸,而且每边至少应伸出EUT或耦合板之外 0.5m,并将它与保护地系统相连. • 耦合板:应采用和接地参考平面相同的金属和厚度,而且经 过每端分别设置470KΩ 的电阻与接地参考平面连接
‘器件ESD测试标准，目前此类的标准划分了整机和元器 件两个级别，前者通常列为EMC测试的一种，主要用于测 试产品在使用和维修当中耐受静电放电的能力，典型的标 准时IEC61000-4-2；后者主要用于测试元器件耐受静电的 能力，划分为HBM（human-body model人体模型）、 MM（machine model机器模型）和CDM（charged device model带电器件模型）三种模型，标准规定测试电 路和方法。典型的标准MIL883、ESDSTM5.1、 ESDSTM5.2、ESDSTM5.3.1、JESDD22-114等。主要 的标准组织包括美*标（MIL）、美国静电放电协会 （ESDA）、国际电工委员会（IEC）美国电子工业联合 会（EIA/JEDEC）、汽车电子工业协会（AEC）和国际电 子工程师组织（IEEE）等。早期的标准在上世纪六七十 年代就已形成，主要的标准基本一致，2000年后无太大变 化，目前新标准的发展以ESDA的居多 ’
EOS=Electrical Overstress (EOS) ,指所有的过度 电性应力。超过其最大指定极限后，器件功能会减 弱或损坏。Esd是造成Eos的原因之一，但是不一定 造成EOS，很多其他的原因也造成Eos。 国际电工委员会/IEC:International Electro technical Commission, is the international standards and conformity assessment body for all fields of electro technology. 耦合板=coupling plane, 一块金属片或金属板, 对 其放电用来模拟对EUT附近的物体放电, 做间接放 电实验. 个人感觉这个板还有作为EUT的参考地的 作用,所以做ESD实验的时候, EUT要求放在水平耦 合板的板边0.1米以内, 如果EUT过大,需要增加耦 合板. 保护目标：ESD容易发生问题的元件或模块，需要提 供ESD保护措施。比如主ic,memeory,flash,etc.。
3> ESD标准文件
GBT 17626.2 -2006: 中国国家标准，整机 ESD测试; IEC60001-4-2 :2001: IEC标准，整机ESD测 试; JEDEC JESD22-A114-B: 美国美国电子工业联 合会标准,人体模型条件下电子元件的的静 电放电敏感度试验； ESDA ESDSTM5.1：美国静电放电协会标准,人 体模型条件下电子元件的的静电放电敏感 度试验；
ESD放电波形（来源于GBБайду номын сангаас 17626-2)
5> ESD设计思路与经验
ESD现象在日常生活中经常发生, 售后反馈里也有不少ESD 的质量问题，所以开发人员要搞好ESD，提升产品可靠性。 如果产品ESD特性不好，问题反馈不断，一定不是大家所 希望的。 一）ESD设计一般的三个方向:降低减弱ESD放电对保护目标 的冲击强度;增加保护目标ESD免疫力(Robust); Software 看门狗/reset。 怎样降低减弱ESD放电对保护目标的冲击强度？ 一般是割地/串电阻磁珠/加esd器件/对地并电容/减短目 标器件的pin脚引线； 怎样增加保护目标的抗ESD强度(Robust)？ 一般是增加目标的参考地的完整性/减小供电电源的高频 电流环路的面积/降低输入端子对参考地的高频输入阻抗 /IC设计时在内部集成esd/外加接地屏蔽罩； 怎样加看门狗/reset？ 软件看门狗，就是主循环死掉就reset；加状态检测是看 寄存器/io口状态对不对，不对就reset。
4> ESD测试要求
一般一个端子>=10次单次放电, 每次放电的时间 间隔>=1秒。 能接触到的端子打接触放电;不能直接接触的端子, 比如按键,打空气静电;但是有些厂家也要求接触到 的端子也打空气放电。 各厂家要求的放电等级不同,国标ESD等级参考下 一页的图表;接触放电一般的要求系统能够自动恢 复的电压值：海尔/Skyworth : 8kv; Hisense / TCL :6kv; Konka/Xoceco:4kv; Changhong内销好 象不打。
ESD测试与整改设计
目录
1> 名词解释 2> ESD测试设备 3> ESD标准文件 4> ESD测试要求 5> ESD设计思路与经验 6> ESD整改思路与经验 7> ESD生活小提示
1> 名词解释
ESD = Electro Static Discharge EUT = Equipment under test EMC = Electro-Magnetic Compatibility = EMI+EMS EMI=Electronic-Magnetic Interference =Conducted Emissions (AC/DC)+Radiated Emission）+（Harmonics/Flicker）谐波电流测 试 EMS=Electronic-Magnetic Susceptibility=辐射 （Radiated Immunity）+（RF Conduct Immunity） +静电放电（ESD)+电快速瞬变脉冲（BURST)+浪涌 （Surge)+电压变化、突降/中断（Voltage dips and interruptions）+…