标签: 防静电

平时通过走路穿衣等日常活动带来的摩擦，会产生不同幅值的静电电压，但其能量很小不会对人体产生伤害，不过对于电子元器件来说，这种静电能量却是不能忽视的。 在干燥的环境下，人体静电(ESD)的电压很容易超过6~35Kv，当用手触摸电子设备、PCB或PCB上的元器件时，会因为瞬间的静电放电，而使元器件或设备受到干扰，甚至损坏设备或PCB上的元器件。 下图大致列举了一下不同行为产生的静电电压大小： 一、静电是如何产生的 静电是一种电能，它存在于物体表面，是正负电荷在局部失衡时，产生的一种现象，如摩擦起电就是一种静电放电现象。 静电的问题一直困扰着许多电子产品，其放电电流产生的电磁场，通过电容耦合、电感耦合或空间辐射耦合等途径，对电路造成了严重干扰，所以我们在PCB设计初期，就必须考虑到静电的防护问题。 下图是关于静电产生的示意图： 二、PCB如何设计防静电 PCB布局的原则，一般尽可能将静电保护器件靠近输入端或者连接器，静电保护器件与被保护线之间的线路距离，应该设计得尽量短一些。对于PCB设计来说，在容易发生静电放电的边缘，设置一定的隔离距离非常重要，对于机架类产品，每千伏的静电电压的击穿距离在1mm左右，如果在容易放电的边缘设置一个3-5mm隔离区，就可以抵抗3-5Kv的静电电压。 1、低速板静电防护设计 1) 走线需横平竖直，尽量减少信号线路并排走线; 2) 如果空间允许的话，走线越粗越好; 3) 按照高速电路设计理念来进行布线; 4) 避免在PCB边缘处理重要的信号线，如时钟、复位信号等; 5) 所有PCB板的传导环路，包括电源和地线环路，应该尽量小; 6) 单面或双面板，在没有电源平面的情况下，电源走线旁边必须要跟随一根地线; 7) 尽量使用多层板布线。 2、高速板静电防护设计 1) 走线需要有良好的地平面; 2) 保持足够的间距，如滤波器、光耦、交流电源线与弱信号线; 3) 长距离走线加低通滤波器(C、静电器件、RC、LC); 4) 隔离(增加屏蔽罩)，避免被保护的导线与未被保护的导线并排走线; 5) 避免与其他器件使用同一条回路来连接公共接地点。 3、防止出现静电的通用办法 1) 保持地的完整，加大地的泄放面积，平整地铺铜均匀，保持地的电阻值不变，互相之间水平状态地平面平稳; 2) 板外围进行环绕地设计，数据线用地包围; 3) 地孔越多越好，并使每层地紧密连合在一起; 4) 在PCB上安装光耦合器或者变压器，以及结合介质隔离和屏蔽，都可以很好的抑制静电放电冲击; 5) 可将PCB的GND与外壳地进行单点接地，防止静电放电电流在机箱上产生的电压耦合进电路，但需注意接地点的选择，选择在电缆入口处接地; 6) 如果PCB面积允许，并且整机系统的搭接、静电泄放通道都很好，可以在PCB周围设置接地防护环，可裸铜处理，并采用很多过孔连接。 三、防静电设计的可制造性检查 这里推荐一款国产免费的PCB和PCBA检测软件：华秋DFM，它对于可制造性检查领域来说非常专业，其检测参数也是可以随着设计者的实际需求进行调整的，根据不同板厂的工艺标准进行生产前的隐患提示并给出最优的修改建议，虽然对上文所讲的PCB防静电设计性能没有做对应的检查项，但是可以检查PCB设计图中防静电设计的位置是否存在可制造性风险等。 有需要可以访问官网下载体验。

​ 转载-Copper_Hou 面包板社区 2022-03-28 19:59 1. 芯片设计公司研发实验室的工作内容简介： 芯片设计公司一般都有自己的芯片研发实验室，主要为公司的芯片进行各种验证测试，包括芯片自身的性能测试、芯片在各种电子终端产品上应用的仿真测试，以及向芯片客户提供芯片的失效分析等技术支持。 芯片研发实验室里的设施主要包括进行芯片测试的工作台、测试设备以及电子维修的工位。 2. 芯片研发实验室会有高静电的情形么？ 芯片研发实验室里的工作相比于电子工厂的生产线，自动化程度非常低，各种测试项目基本全部靠工程师手动操作来完成各种测试平台的搭建、调试等。 芯片设计公司的每个工程师基本都要负责数个工位的测试项目，由此，工程师在实验室里工位上以及工位间的走动就会很频繁，这样，工程师人体上的静电（如果不做特别针对性的控制）时常就会很高。 ​ 表1，几种常见的人员活动中的人体静电带电行业调查数据 实验室的环境湿度对实验室内工程师的走动及各种手动操作（测试连接插装与拆解）的静电带电有着直接的影响。以华南地区的广州、深圳等地的一年环境湿度统计结果而言，每年一般都会在12月前后10多天的相对湿度降至20% RH左右。据此可以推断，国内几乎全部地区每年都会有中低湿情况致使实验室内的静电会比较高。 3. 静电会给芯片研发实验室的测试造成什么影响？ 静电是如何对芯片构成危害的，参见前述的文章《概说静电对微电子产业的影响》。 一是工程师人体上的静电，在工程师走到各测试工位上操作测试平台时（尤其是靠近或接触测试平台的电气管脚部位），就构成了典型的人体静电放电情形。生活中，每个人都有冬天里触摸金属门把手或车门被静电电击的多次体验。而对于测试平台上的各类芯片（包括芯片公司的产品），在人体静电完全不受控的工程师手部触摸到其电气管脚时，势必会产生很高强度的放电电流。这种强放电电流，一方面可能直接导致测试平台上的电子元件失效，同时，另一方面也会对进行中的测试产生显著的干扰（也就给芯片的测试结果带来干扰，这一方面反而是芯片验证测试更为关注的）。 ​ 图1，芯片研发实验室测试工位工程师人体静电操作测试平台的静电放电原型 二是测试工位中的高静电源带来的影响。以工位的台面为例，如果选用一般的塑胶质表面，则在低于55%RH中低湿的环境条件下，工位的台面上就会时常出现高静电带电的情形。 ​ 图2，高静电工作台面上操作芯片测试平台连接插拔过程的静电放电风险原型-芯片测试电路板对测试设备发生静电放电 ​ 图3，高静电工作台面上芯片测试电路板焊接维修过程的静电放电原型-芯片测试电路板对接地的电烙铁放电 4. 芯片研发实验室的静电防护方案 基于芯片研发实验室的主要静电来源与高静电风险的操作，针对性的静电防护方案主要包括三部分： 一是实验室内工程师的人体静电必须采取有效的控制措施，可以采用静电手腕带接地系统（首选），也可以辅助采用静电鞋_静电地板系统（可靠性与可行性相对较差）。 二是实验室内各测试工位的工作台面，应避免采用绝缘材质（容易产生并累积高静电），可采用铺装静电防护台垫，实现静电防护工作台面，这样就消除了测试工位中最主要的静电来源。 三是个别工位采取特定的静电防护措施。例如，测试平台中涉及到操作大尺寸的绝缘部件（塑胶外壳、膜材等），就需要加装离子化措施，来中和消除这些物料操作过程产生的高静电。 综上所述，芯片研发实验室各工位的静电防护措施，主要包括以下部分： 1) 工位的静电接地系统，供工位的静电防护台垫、人体手腕带系统以及静电地板进行接地连接。静电主地首选实验室内合格的电气设备地； 2) 工位的静电防护工作台面，表面电阻 1E4 欧姆），具体可参照行业标准ANSI/ESD S20.20或IEC61340-5-1关于静电防护台面的技术性要求； 3) 人体静电接地系统，首先工程师佩戴静电手腕带实现人体接地的做法； 4) 离子化静电中和消除措施，主要针对于工程师操作中易于产生高静电的测试工位。 ​ 图4，芯片研发实验室工位的静电防护架设方案 作者：Copper_Hou， 来源：面包板社区 链接：https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3980254.html 版权声明：本文为博主原创，未经本人允许，禁止转载！ END ​

以前年轻的时候，总喜欢挥斥方遒，现在年纪大了，正如编辑所说，拿着白菜的钱，操着 ** 的心，就没啥意义了，所以最近很少写时新技术的评论，反而多是入门级的家长里短。 新的公司是一个初创公司，所有的东西都要从零开始，基本的产线等都是要一步一步搭建起来。结果转来转去，不知道咋的，规划的重任就落到了我的头上，只好赶鸭子上架了。 幸好以前按照自己的想法，在产线上多呆了一些日子，借鉴以前的经验，并且多多的和供应商交流，总算是有个雏形出现。下面我就详细跟大家分享一下我做了哪些工作，没有接触过的朋友或者新的 EE 也可以了解一下，对于日后工作会有帮助。写的非常简略，记个流水账，如果描述错误的地方敬请指正。 防静电，其实也就几十年的历史，最早是半导体产品良率太低，但是一直不知道为什么，直到显微镜的发展看到了内部的损伤，才知道静电对于电子产品的危害很大。于是防静电的措施快速的发展起来，产品不但设计上就有很强的防静电能力，而且生产过程中也处处都能够将静电损失降低。最直观的例子就是 15 年前进入电脑机房都还需要特殊的防静电地板砖，而现在的电脑随便你用。 静电产生一般有两种，一种是摩擦起电，初中物理做实验皮毛摩擦橡胶棒或者冬天夜里脱毛衣，因为两种材料争夺电子的能力不同而会导致摩擦后带不同的电荷；另一种是感应静电，强电场附近的物体表面电荷会重新排布而产生静电，比如电机附近。这两种情况都是日常中普遍存在的，也是生产中要防范的。 首先说几个误区： 看得见的放电才会是静电，看不到的或者说感觉不到的就没有静电？ 实际上不是，无时无刻都会有静电放电现象的存在，只是很多情况下放电电压很小， 1KV 以下人基本感觉不到的， 3KV 以上才会有痛感，但是有可能已经对晶体管造成损伤。 静电产生的电压是恒定的、均衡的？ 不是的，环境不同电压就不同，尤其是湿度，湿度越大电压越低；而受环境或电场的影响，表面电荷分部多数也不是均匀的；人在地面上走动时候要比静止产生的静电电压高，越快越高；设备运转时候产生的感应电，也是靠近强电这一端电场强，远端弱。 静电是有害的？ 在特定位置静电是有益的，比如静电除尘。 某材料的摩擦起电，表面电荷是不是一定是正电或者负电？ 不一定，要看和不同的材质摩擦，夺电子能力强就是负电压，弱就是正电压。比如玻璃和石棉摩擦后带负电，和羊毛摩擦后带正电。 导电性能越好防静电效果越好？ 错误的，防静电不光要防止静电产生，还要防止静电快速泄放，泄放过快会产生火花，人有痛感且有潜在的危害，再比如 PCB 上如果有静电积累，放到金属盘中就会出现放电而导致损伤，所以防静电材质一般都不会选择导体。 如果用表面阻抗测试仪来测量我们常用的材料表面，通常 10^5 Ω以下认为是导体， 10^6~10^11 Ω认为是防静电材料 ， 10^12 Ω以上认为是绝缘体，而一般常用的防静电材料阻抗范围是 10^8~10^9 Ω，为的就是能够较快又不是特别快的泄放。不过要特别注意的是，这里测量的结果是Ω /m2 。 ……还有别的问题，只是想不起来了，大家有啥问题也都可以交流，静静的分隔符…… 一、 防静电接地 静电接地是必须的，华强北很多组装机的会带一个无线防静电手环，其实效果聊胜于无，正确的做法应该是用带线的防静电手环接到静电线上，而这个静电线是要专门铺制的有特定阻抗要求的铜线。 静电接地不是平常的地线，地线（不是 PCBA 中的参考地）是设备参考的保护性接地，三脚插头的中间脚，直接接入大地，作为 0 电势参考或者放电路径，一般建筑在设计的时候就做进去了的工作性接地。静电接地不能直接接工作地，因为这个地是供给强电使用的，上有可能有漏电，不可混用。 静电接地也不是防雷接地（实际该叫放闪电接地才对），闪电作为地球上最强的静电放电，损害很大，所以高层建筑都需要专门的防雷接地，以便雷击的时候能够快速将电流泄放到大地。静电接地不但不能接一块，还要远离防雷接地 20m 以上，因为打雷的时候产生的反击电压非常高，我们静电接地这些小小的电阻都不算事了，届时人员都危险了。 而我们的静电接地是防止静电损伤的保护性接地，需要独立制作，且有特定的阻抗要求，一般要求 <10 Ω；严格防静电的接地措施会将人体接地和设备接地分开，设备接地阻抗更小，以防止设备产生的静电通过人体泄放路径而导致潜在的风险；而一般要求不高，没有大型设备的时候可以只安装一个接地，比如小型的消费电子的产线，当然，更多的产线根本就没有接地（你信么？你信么？你信么？但确实是真的）。 至于做法就很简单了，基本步骤就是：挖个坑，打个桩，撒点盐，埋点土，数个一二三四五，就完事了。但是由于这是专业的接地工序，是要由国家认证资格的施工人员才可以。 首先测量土地电阻值，来计算需要多大的坑多少盐，水越多的地方土壤电阻越小越好做；然后挖坑、打入接地电极，可能是铜棒或者镀锌钢板等导体、埋入导电盐；用 16 方以上的铜导线作为主干线接到楼层，再用 6 方以上的铜导线接到每个车间，再接到每条产线，基本就成型了。基本价格一两万左右一个点。 二、 产线防静电 生产过程中需要严格控制静电的产生，因此从上到下全部都设计了周密的防静电措施，严防死守。 地面，使用防静电环氧地坪，不同于普通材质的地坪，需要铺设铜网和掺杂导电颗粒，能够自流平，具备很好的防静电、耐磨、防滑、耐腐蚀、易清洁等众多特性，而且造价便宜。如果有钱的话可以选择防静电地板砖，小一百一块，两三年就要换掉。要求不高的时候，普通环氧地坪也能接受，因为不易产生静电，而本次因为在我来之前产线就铺设好了普通的环氧地坪，基于成本考虑，就没有拆了更换（其实按照我的要求，是必须要换的，成本又要重新投入十几万，我不管钱，只能妥协）。 入口处设置防静电综合检测仪、静电泄放器、防静电门帘（要求严格的时候也会加上防静电窗帘），进入车间基本上静电都放的差不多了。其中门帘可以选择标准的防静电材料的门帘，也可以简单的用金属链，区别就是摸上去的时候可能会有电击感，而我们产线本次就选用的是金属链，因为太便宜了。 产线上装有防静电线、防静电手环插座，员工坐下后，手环插进去就可以时刻将静电泄放掉，同时桌面也是防静电材质，并且也接到静电接地上，至少操作过程中不会积累很多电荷。产线用的椅子也是防静电椅子，但是没办法接地了。这些都是通用的配置，供应商标准化作业，一条流水线下单到组装两三天就搞好了，五六千块；一张 1.5 米通用的工作台六七百块。 操作过程中如果有塑胶产品，甚至撕个胶布也会出现静电，这时候就需要去离子风机来实现静电的中和；如果天气干燥，会使环境更容易产生静电，因此也需要加湿器保证湿度在 45% 以上（北方冬天损伤率会提高的主要原因就是湿度太低）；当然湿度过高的时候 PCBA 存在结露的隐患，会使绝缘性能下降，因此也需要除湿机或者空调降低湿度在 80% 以下。 三、 周转防静电 周转过程中也会因为摩擦等原因产生电荷，一般手段就是用防静电的盛具，比如防静电袋、防静电泡沫、防静电托盘、防静电箱、防静电零件盒、防静电周转车、金属推车（带金属链接到地面， 如果有静电，会通过金属链条释放到防静电地坪上）等工具，其中电子料不能直接放在金属推车上。 四、 人员防静电 千防万防主要防的就是人，往往出问题的也是在人这里。 首先，个人服装上是要穿棉麻等天然不易产生静电的材质，而尽量不要穿丝、毛、化纤、羽绒等易产生静电的衣服，累积多了来不及泄放就会造成静电损伤。 人员要根据岗位的不同穿着不同的防静电大褂、防静电鞋、防静电帽子、防静电夹克等，人手一套。一般穿大褂，防护要求高的就要全身，成品包装可以只穿夹克，因为包装线动作幅度较大。头发容易产生静电，且头发脱落可能会有安全隐患，所以基本都要带帽子，尤其是女生，尽量要把头发都包进去。 带线的防静电手环是必须的，脚环就要视情况而定了。手环其实原理很简单，就是在人体和接地线之间加了一个 1M 电阻，让静电慢慢泄放掉。而对于 IQC 这类流动的岗位，要配防静电手套。 产线员工上线之前，必须要经过防静电仪的测试，确保周身以及手环等防静电效果正常才行。一般情况下，手环松紧带会松；袖子、领口、鞋底等易磨损部位一两个月就会丧失防静电效果，必须要定时检测并更换。 五、 其余防静电 剩下的就是很多细节的东西了，比如设备接地、外壳接地；测试治具外壳使用电木等防静电材料；禁止或限制透明胶带、笔、纸等有可能产生静电的物品的使用；手环必须严格遵守接地，禁止虚接或者不接；防静电镊子；防静电烙铁；防静电电批；防静电刷子等等需要用到的物品尽可能使用防静电的，次选金属的。还要建立严格的防静电点检程序和环境控制程序，才能将静电危害降到很低的水平。 而这一切的基础就是良好的防静电接地！ 总结： 经过这一两个月的折腾，光是上面简单的产线雏形就已经花掉十几万了，接了地，做好了流水线和工作台，配置好了货架、周转车、老化车等，堪堪有了产线的样子。后续还有生产仓储过程中所需要的各种小件要配齐，人员招聘后还需要一段时间磨合，零打零敲，估计还需要一两万的样子。希望产品一些顺利，大卖赚钱后就可以把地面重新铺设防静电环氧地坪了。 产线的搭建其实并不复杂，有标准可循，也基本上都是通用的标准的方案，但是比较零碎，细心大胆一点，都能很好的熟悉。而且，尽可能的前期规划好，这次产线的搭建，图纸都出了三四套，各个位置的尺寸反复测量规划，最后流水线、工作台、货架等组装的时候，基本和规划一致，心血总算没有白费。

  1、  瞬态干扰的三种形态：静电放电（ESD）、电快速脉冲（EFT）、浪涌（SURGE）。 2、  各种形态的产生原因：ESD：人体接触放电；EFT：由感性负载断开产生；浪涌：由雷电在线缆中感应产生。 3、  各种形态的比较： 脉冲上升时间：ESD 极快，1ns;EFT 很快，约5ns；浪涌 慢，在us数量级。 电压（负载阻抗高）：ESD 15kV以上；EFT 10kV以上；浪涌 10kV以下 电流（负载阻抗低）：ESD 人体放电为几十A，放电装置达几百A；EFT 几十A，浪涌 几千A。 能量：ESD 低；EFT（单个脉冲）中等；浪涌 高。 4、  静电放电现象之所以会产生电磁干扰，是因为放电电流具有很高的幅度和很短的上升沿，所以会产生强度大、频谱宽的电磁场；静电测试分为三种，接触放电、空气放电、空气连续放电。（由于在静电放电发生时，电压较低的情况，需要接触上之后才能放电；电压较高情况，发生空气电离（辉光或弧光现象），即空气放电；电压特别高的时候，会发生连续的放电，在多个电压序列中，会有一个以上的低压接触放电，产生严重后果。这三种情况是现实中发生的放电，故在静电测试中应该模拟这三种放电） 5、  常见的瞬间电压抑制器件：压敏电阻、瞬间抑制二极管（TVS）、气体放电管。   1、  压敏电阻：当其两端的电压超过一定幅度的时候，压敏电阻阻值降低，并将电压箝位在一个指定值（datasheet中有体现）。压敏电阻的电流承受能力较大，但相对于工作电压而言，其箝位电压较高，寄生电容较大。压敏电阻的选型后有详解。 2、  TVS：TVS的特点是响应速度较快，箝位电压可以很低，但是其寄生电容比较大，不适用于高速信号线的瞬间电压抑制。一般使用具有雪崩特性的二极管（中等浪涌额定值和小电容）来抑制高速数据线的瞬间电压。 3、  气体放电管：特点是承受电流大，寄生电容小。但是，由于其工作时发生了空气电离导通，其不能自行断开，不适用于直流情况。交流情况下，其跟随电流肯能会超过其额定值，所以有时候在泄放通道中串联电阻，来抑制电流；此外，气体放电管使用寿命大约为50次，随后导通电压降低。 在实际应用中，一般需要这三种器件配合使用。 4、  压敏电阻的选型（一般选取标称电压和流通容量两个参数） 9.1为了延长器件的使用寿命，ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。如果手头的器件不够用，可以考虑几个伏安特性相同的压敏电阻并联，以此来提高流通量。 9.2击穿电压（阈值电压）的选取使用公式：V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp为电路额定电压的峰值（交流）或直流电压值；VAC为额定交流电压的有效值。例如一台用电器的工作电压为交流220V，那么V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476V；或者V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V，因此压敏电阻的击穿电压可选在470－480V之间。 9.3一般地说，压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用，在正常情况下，压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压。标称电压选取依照以下公式： VmA＝av／bc 式中：a为电路电压波动系数，一般取1.2；v为电路直流工作电压（交流时为有效值）；b为压敏电压误差，一般取0.85；c为元件的老化系数，一般取0.9； 这样计算得到的VmA实际数值是直流工作电压的1．5倍，在交流状态下还要考虑峰值，因此计算结果应扩大1．414倍。 这样就解释了9.1中V1mA=1.5Vp的由来。