引言

　　本文從通俗易懂的角度出發(fā)，詳細闡述了靜電的相關(guān)知識和防護手段，通過幾個實際來和大家分享筆者對于靜電防護的經(jīng)驗。

　　正文

　　首先，我們平常所說的靜電到底是怎么一回事呢？其實很簡單，說白了，就是一個放電過程。舉個例子，當你穿著腈綸之類的衣服時，衣服通過摩擦，在你身上累積了電荷，這個時候你是感覺不到靜電的。但是當你去摸一個金屬物體的時候，因為存在電位差，你身上累積的靜電電荷就會迅速的釋放出去，形成放電。所以本質(zhì)上來說，不是物體電到你，其實是你電到了這個物體，只不過在這個過程中，感受到刺痛的是你而已。在這個過程中，人體相當于一個電容，起到了儲存電荷，然后釋放電荷，形成靜電放電的一個過程。這是靜電放電的其中一種現(xiàn)象。另外，常見的靜電產(chǎn)生方式還有設(shè)備和器件的磨擦以及電場感應(yīng)產(chǎn)生。這也是有人體模型，機器模型，元件放電模型，及電場模型的原因。

　　靜電就像洪水，大壩可以堵住，但終還是需要有很好的泄洪措施，如果措施不到位，肆無忌憚的洪水就會危及到周邊的村莊和居民。由此來看電子產(chǎn)品，道理是一樣的，不管靜電來自于何處，一旦這么大能量的靜電傳導到電子產(chǎn)品上，就必然需要找到宣泄的途徑，請大家記住，靜電是肯定要往電阻的地方去的。所以人機接觸界面，例如USB口這樣的外露金屬，其實就和內(nèi)部PCB板的大地是連接的。源端的靜電，在觸碰電子產(chǎn)品，接觸到這些外露接口之后，基本就直接進入電子產(chǎn)品的大地。鑒于此，IEC-61000-4-2的測試基本上都是針對人機接觸界面或金屬外露部分或有縫隙的地方來進行測試。這也是IEC-61000-4-2的測試標準和我們防靜電器件具體保護方位的相悖之處，IEC的這個標準直接就考驗廣大研發(fā)人員對于信號走線以及大地的布局能力了，另外還需要機構(gòu)研發(fā)人員協(xié)同解決靜電問題。如果靜電直接打到信號線上去（有些公司測試時會這么做），那信號線上就需要并聯(lián)靜電保護器件來做防護了。此器件可以對靜電進行鉗制，繼而將能量引導到大地上去。所以，一個電子產(chǎn)品靜電防護能力到底如何，歸根結(jié)底還是要看它的大地做的如何，靜電能量是不是能夠很迅速的泄放掉。我們期望的結(jié)果就是靜電傳導到大地上之后，能夠有如泥牛入海，不見蹤跡，那么這個電子產(chǎn)品的靜電防護就到位了。相反，一旦靜電能量不能及時得到泄放，那么它將會“遷怒”于臨近的IC甚至整個電子產(chǎn)品。靜電可能會通過一些接地電阻，或接地電容或者是IC的接地PIN，耦合到IC上去或者是直接傳導到IC上去，造成IC假死，機器重啟，甚至是IC被打壞，產(chǎn)品出現(xiàn)故障。所以加靜電保護器件是一種靜電防護的輔助手段，真正考驗電子產(chǎn)品防靜電能力或者說考驗工程師的研發(fā)能力的關(guān)鍵是大地以及機構(gòu)究竟做的如何，如果大地和機構(gòu)實在沒辦法防護到位（比如電表，不允許用鐵殼），那么加靜電保護器件就變成靜電防護的手段了。

　　一般來說，靜電的強弱和周圍的環(huán)境以及產(chǎn)生的介質(zhì)有關(guān)，比如空氣濕度越小，靜電就會越強；偏正性物質(zhì)與偏負性物質(zhì)相互摩擦之后產(chǎn)生的靜電偏強。靜電對電子產(chǎn)品的危害大致有三類，一是會吸附灰塵，縮短產(chǎn)品壽命；二是常見的靜電放電；三是產(chǎn)生電磁干擾，使電子產(chǎn)品運行中斷。如今半導體行業(yè)的日新月異使IC更細小精密，更復雜，但同時也致使其對靜電更加敏感，更難防護。

　　客戶進行靜電測試的時候，一般會參考IEC61000-4-2的標準，主要是做接觸放電（針對導電表面和耦合表面，比如USB口這些人機接觸界面等）以及空氣放電（對絕緣表面的縫隙處）；另外就是間接測試，中間會隔一塊耦合板，來測試靜電干擾，這個測試比較少。各行業(yè)或者各客戶對于測試等級有自己的要求，但一般不會超出IEC61000-4-2的標準。按照標準IEC 61000-4-2:1999的ESD測試方法，國家軍標GJB 1649－93要求電子組件和設(shè)備的設(shè)計應(yīng)能為敏感的ESD元器件提供ESD保護，其要求為：

　　組件－－2KV

　　設(shè)備－－4KV

　　具體涉及到靜電的防護，主要有以下一些方法：

　　工廠內(nèi)嚴格控制溫度濕度，廠內(nèi)鋪設(shè)防靜電地墊或刷防靜電漆，設(shè)置離子風機，操作人員穿戴防靜電衣帽，手腕佩戴防靜電環(huán)；

　　產(chǎn)品的包裝和運輸環(huán)節(jié)都要采取防靜電措施；

　　在產(chǎn)品成品的設(shè)計階段，可以貼防靜電膜，裹導電布或者涂靜電屏蔽漆，機構(gòu)上盡量采用金屬殼；

　　在電路板設(shè)計階段，可以通過layout來修改大地，修改走線來改善，另外就是加靜電保護器來防護。

　　那么市面上究竟有哪些這樣的器件呢？

　　首先，是傳統(tǒng)的高端產(chǎn)品，TVS，半導體工藝，價格高，箝壓性能好，漏電流較大，容值普遍較大，耐沖擊，它屬于傳導元件，一般應(yīng)用在要求高，成本考量不是很重要的場合或部位。

　　其次，是傳統(tǒng)的低端產(chǎn)品，MLV，價格低廉，箝壓性能差，漏電流較大，容值普遍較大，不耐沖擊，它屬于吸能元件，一般應(yīng)用在要求較低，成本壓縮的較厲害的場合或部位；

　　接下來，是高分子聚合物做的PESD，價格高，箝壓性能很差，漏電流極小，容值極小，非常不耐沖擊，它屬于吸能元件，一般應(yīng)用在容值要求較高，箝壓要求較低，不考慮成本的場合或部位；

　　，目前市場上出現(xiàn)了一種玻璃陶瓷工藝研發(fā)生產(chǎn)的GcDiode，摒棄以上傳統(tǒng)工藝，是有別于以上三類產(chǎn)品的靜電保護器件，價格較低，箝壓性能好，漏電流極小，容值極小，極耐沖擊，它屬于傳導元件，一般應(yīng)用在要求較高，沖擊次數(shù)要求很高，成本考量較嚴格的場合和部位。

　　上述單通道器件的使用都很簡單，一般直接并聯(lián)在想保護的線路上就可以了，原則上靠近靜電來源端，并盡量縮短下地的路程。

　　以下給出一些實際應(yīng)用：

　　1.某機頂盒客戶，在實際測試中，有兩個機種打靜電不合格，測試等級為接觸放電6KV和8KV，現(xiàn)象為重啟。

　　現(xiàn)場測試和解決時，A機種加大加粗地線，測試通過；B機種，電源進口處，打靜電出現(xiàn)重啟，拆開機器，發(fā)現(xiàn)電源線并行，猜測會引起耦合現(xiàn)象，于是將電源線轉(zhuǎn)兩圈，成螺旋狀，以消除耦合，再次進行測試，此處靜電測試通過。

　　2.某手機客戶，USB口打接觸放電6KV不能通過測試，機器故障現(xiàn)象為假死或重啟，解決方案為在D+和D-信號線上各并聯(lián)一顆靜電保護器，測試通過。

　　3.某網(wǎng)關(guān)客戶：

　　USB口D+和D-信號各使用一顆靜電保護器。

　　分別對USB接口進行了10 次+/-8KV 靜電沖擊，連接電腦，檢驗軟件運行正常，接入U 盤后，軟件數(shù)據(jù)顯示正常，測試通過。

　　4.某路由器客戶：

　　USB口能夠過接觸4KV以下的測試，4KV以上包括4KV會重啟。

　　在研究過板子之后，將路由器的USB地線進行修改，將兩地線腳之間用導線另外聯(lián)通，然后下地的線加粗，測試通過。后續(xù)客戶參考這個思路改進了LAYOUT。

　　5. 某服務(wù)器客戶：

　　用螺絲刀或金屬導體觸碰機箱即會發(fā)生重起或死機現(xiàn)象。

　　PS/2 四條信號線在背板各加180pF電容下地，抗靜電能力提高2~4KV，滿足客戶要求。

　　6. 某兒童閱讀筆客戶：

　　測試中用接觸放電4KV打擊大地，出現(xiàn)掉電。經(jīng)過排查，PWR-CTL信號后的三極管下地端承受了外界打來的靜電，管子通路，形成高電壓，與原先的低電平開機條件出現(xiàn)沖突，系統(tǒng)掉電。先在地線上串聯(lián)磁珠，沒有效果；之后在信號端并聯(lián)靜電保護器，測試通過；另外在地線上做了RC電路，也能夠承受10次左右的靜電打擊。

　　7.客戶在測試當中會遇到一個現(xiàn)象，可能不少讀者也許也遇到過，并且會感到很頭疼，那就是打正負靜電的現(xiàn)象區(qū)別。具體表現(xiàn)在一個產(chǎn)品，怎么打正靜電都不會有事，而一打負靜電或者一放電，就會出現(xiàn)死機等故障現(xiàn)象。關(guān)于這個現(xiàn)象，先來解釋一下：打正靜電的時候，電荷由靜電槍的槍尖釋放出去，往板子上電阻相對較低的幾個路徑蔓延出去，這個屬于一對多的分散路徑；打負靜電的時候，與正靜電相反，各電阻相對較低的幾個路徑上的電荷就匯集到靜電槍的槍尖上來了，這是一個多對一的匯集路徑。這樣看來，出現(xiàn)不一樣的現(xiàn)象也就情有可原了。至于如何去解，筆者目前也沒找到特別好的辦法，只能從機構(gòu)，大地，和靜電保護器上同時來動腦筋了。

　　結(jié)束語

　　總之，靜電防護不是那么簡單的事，正因為靜電的無跡可尋，所以防靜電的設(shè)計以及解決靜電相關(guān)的BUG就顯得比較困難。我們可以尋求多種方案來解決靜電，但總的原則還是泄放靜電，耗散靜電能量，圍繞這個原則，靜電問題相對而言，一定程度上還是可以有規(guī)律的去解決的。