原创新品设计流水账篇二：ESD

 2018-7-25 16:21  5664 28 1 分类: 消费电子

上一篇说了设计问题，今天来说说遇到的ESD问题，因为简单而且定型，在不涉及到机密问题时简单记录一下遇到的情况。其实还有一款产品遇到的问题更复杂，适合写，但是暂时不能去写。

这个产品的结构是简单的三段式结构，如前文所述，是一个手电筒。全金属外壳，第一段是金属后盖，是个旋钮；中间是金属壳；尾端是透镜部分，也是金属壳，夹了一个LED灯板。

由于是全金属结构，所以没有很认真去考量EMC和ESD的问题，实施结果证明，差之毫厘谬之千里，微小的细节会带来意想不到的结果。

全金属结构，所以没有将外壳接地，类似于法拉第笼，下面详细跟大家说一下差的那一点毫厘。

EMC是很容易的，因为没有什么复杂的电路，这在流水账1中描述了，所以测试一次通过，剩下就是去做ESD测试，预先我在USB充电口、电池、LED等位置都设置了预留的TVS的位置。不过可惜的是就只有对外的USB口位置起到了作用。因为USB口充电时候和外界连接，所以这个位置是绝对少不掉的。

在打ESD前夕，突然意识到，由于后盖的金属旋钮是使用金属螺钉和电位器中间的固定柱连接在一起，而这个铜做的固定柱又是和电位器的中间脚结构上锁在一起的，所以这个地方也必须要要做ESD防护。

结果正如预料的那样，中间脚加了TVS的就过了，没加的就没过。

第二次改版以后，功率增加了，做了样品又去做ESD测试，结果神奇的发现过不了了，同样的外壳结构，同样的板子结构，怎么都过不了，什么地方出了问题？反复测试没能想到问题。偶然间测试人员说拆下来整改一下试试，才猛然想到LED背板也变了。以前低功率的时候用的是FR4板材，高功率以后改成了铝基板，正是这个改动，当打静电的时候，会通过外壳对铝基板放电而导致静电进入板子内部。

增加LED后端的TVS竟然也没起作用，说明放电路径并不一定走的是我预留的线路，索性把铝基板所贴位置的外壳阳极氧化出来的绝缘层刮掉，然后和LED的负极短路，这样整个外壳就变成了地平面，ESD顺利通过。

结论：

1、差之毫厘谬之千里，FR-4改成铝基板这个改善散热的小动作后果却直接影响了防静电能力。

2、任何与金属外壳会连接的金属部分都要好好考量考量，尤其是不是地信号的。

3、全金属的外壳≠法拉第笼，如果能做到每个金属件之间良好电气连接，肯定会有很好的ESD效果。但实际上我们这个产品是做了阳极氧化染色的，而阳极氧化就是生成绝缘的金属氧化物，结果三段金属互不相通，所以虽然是几微米的氧化层，就导致不是完整的法拉第笼，就没有很好的屏蔽效果，也是差之毫厘谬之千里。又恰巧铝基板是在两端壳体之间的，就导致会优先通过铝基板放电，进而打到了内部电路。