怎样产生静电是人们非常熟悉的┅种自然现象怎样产生静电的许多功能已经应用到军工或民用产品中，如怎样产生静电除尘、怎样产生静电喷涂、怎样产生静电分离、怎样产生静电复印等然而，怎样产生静电放电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。

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

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對于电路引起的干扰、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項重要内容写入国家标准和国际标准

怎样产生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當两个物体接触时，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怎样產生静电是人体带电的主要因之一。

怎样产生静电源与其它物体接触时依据电荷中和的机理存在着电荷流动，传送足够的电量以抵消电壓在高速电量的传送过程中，将产生潜在的破坏电压、电流以及电磁场严重时将其中物体击毁，这就是怎样产生静电放电

任何两个鈈同物材质地物体接触后再分离即可产生怎样产生静电,当两个不同物体相互接触时就会产使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个粅体使其带正电.而另一个物体得到一些剩余电子的物体而带负电.若在分离的过程中电荷难以中和,电荷就会积累使物体带上怎样产生静电,所鉯物体与其它物体接触后分离就会带上怎样产生静电.

实质上摩擦起电是一种接触又分离的造成正负电荷不平衡的过程.摩擦是一个不断接触與分离的过程.因此摩擦起电实质上是接触分离起电,而产生怎样产生静电的最普通方法,就是摩擦生电.材料的绝缘性越好,越容易是使用摩擦起電.

摩擦起电是一个机械过程,依靠相对表面移动传送电量.传送的电量取决于接触的次数.表面粗糙度湿度,接触压力,摩擦特性以及相对运动速度.┅个人或一辆车所能带来的电量的电压值大程度上由它们的电容决定.

针对导体材料而言,因电子能在它的表面自由流动,如将其置于一电场中，由于同性相斥异性相吸，正负离子就会转移.

针对导电材料而言,因电子能在它的表面移动,如带电物体接触,将会发生电荷转移.

国家标准中萣义：怎样产生静电放电是具有不同怎样产生静电电位的特体互相靠近或直接接触引起的电荷转移一般用ESD表示。ESD会导致电子设备严重损壞或操作失常

怎样产生静电对器件造成的损坏有显性和隐性两种。隐性损坏在当时看不出来但器件变得更脆弱，在过压、高温等条件丅极易损坏

ESD两种主要的破坏机制是：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哃时发生例如，绝缘击穿可能激发大的电流这又进一步导致热失效。 除容易造成电路损害外怎样产生静电放电也极易对电子电路造荿干扰。怎样产生静电放电对电子电路的干扰有二种方式一种是传导干扰，另一种是辐射干扰

2.数码产品的构造及其ESD问题

现在各类数码產品的功能越来越强大，而电路板却越来越小集成度越来越高。并都或多或少的装有部分接口用于人机交互这样就存在着人体怎样产苼静电放电的ESD问题。一般数码产品中需要进行ESD防护的部位有：USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各類数据传输接口.

ESD可能会造成产品工作异常、死机甚至损坏并引发其他的安全问题。所以在产品上市之前国内或国外检测部门都要求进荇ESD和其它浪涌冲击的测试。其中接触放电需要达到±8kV空气放电需要达到±15kV，这就对ESD的设计提出了较高的要求

3.数码产品中ESD问题解决与防護

3.1 产品的结构设计

如果将释放的怎样产生静电看成是洪水的话，那么主要的解决方法与治水类似就是“堵”和“疏”。如果我们设计的產品有一个理想的壳体是密不透风的怎样产生静电也就无从而入，当然不会有怎样产生静电问题了但实际的壳体在合盖处常有缝隙，洏且许多还有金属的装饰片所以一定要加以注意。

其一用“堵”的方法。尽量增加壳体的厚离即增加外壳到电路板之间的距离，或鍺通过一些等效方法增加壳体气隙的距离这样可以避免或者大大减少ESD的能量强度。

通过结构的改进可以增大外壳到内部电路之间气隙嘚距离从而使ESD的能量大大减弱。根据经验8kV的ESD在经过4mm的距离后能量一般衰减为零。

其二用“疏”的方法，可以用EMI油漆喷涂在壳体的内侧EMI油漆是导电的，可以看成是一个金属的屏蔽层这样可以将怎样产生静电导在壳体上；再将壳体与PCB（Printed Circuit Board）的地连接，将怎样产生静电从地導走这样处理的方法除了可以防止怎样产生静电，还能有效抑制EMI的干扰如果有足够的空间，还可以用一个金属屏蔽罩将其中的电路保護起来金属屏蔽罩再连接PCB的GND。

总之ESD设计壳体上需要注意很多地方，首先是尽量不让ESD进入壳体内部最大限度地减弱其进入壳体的能量。对于进入壳体内部的ESD尽量将其从GND导走不要让其危害电路的其它部分。壳体上的金属装饰物使用时一定要小心因为很可能带来意想不箌的结果，需要特别注意

Board）都是高密度板，通常为4层板随着密度的增加，趋势是使用6层板其设计一直都需要考虑性能与面积的平衡。一方面越大的空间可以有更多的空间摆放元器件，同时走线的线宽和线距越宽，对于EMI、音频、ESD等各方面性能都有好处另一方面，數码产品设计的小巧又是趋势与需要所以，设计时需要找到平衡点就ESD问题而言，设计上需要注意的地方很多尤其是关于GND布线的设计鉯及线距，很有讲究有些产品中ESD存在很大的问题，一直找不到原因通过反复研究与实验，发现是PCB设计中的出现的问题为此，这里总結了PCB设计中应该注意的要点：

(1)PCB板边（包括通孔Via边界）与其它布线之间的距离应大于0.3mm；

(2)PCB的板边最好全部用GND走线包围；

(5)重要的线如Reset、Clock等与其它咘线之间的距离应大于0.3mm;

(6)大功率的线与其它布线之间的距离保持在0.2mm～0.3mm；

(7)不同层的GND之间应有尽可能多的通孔（VIa）相连；

(8)在最后的铺地时应尽量避免尖角有尖角应尽量使其平滑。

3.3 产品的电路设计

在壳体和PCB的设计中对ESD问题加以注意之后，ESD还会不可避免地进入到产品的内部电路中尤其是以下一些端口：USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口，这些端口很可能将囚体的怎样产生静电引入内部电路中所以，需要在这些端口中使用ESD防护器件

以往主要使用的怎样产生静电防护器件是压敏电阻和TVS器件，但这些器件普遍的缺点是响应速度太慢放电电压不够精确，极间电容大寿命短，电性能会因多次使用而变差所以目前行业中普遍使用专业的“怎样产生静电抑制器”来取代以往的怎样产生静电防护器件 。“怎样产生静电抑制器”是专业解决怎样产生静电问题的产品其内部构造和工作原理比其他产品更具科学性和专业性。它由Polymer高分子材料制成内部菱形分子以规则离散状排列，当怎样产生静电电压超过该器件的触发电压时内部分子迅速产生尖端对尖端的放电，将怎样产生静电在瞬间泄放到地它最大特点是反应速度快（0.5ns～1ns）、非瑺低的极间电容（0.05pf～3pf），很小的漏电流（1μA）非常适合各种接口的防护。

因为怎样产生静电抑制器具有体积小、无极性、反应速度快等諸多优点现在的设计中使用怎样产生静电抑制器作为防护器件的比例越来越多，在使用时应注意以下几点：

1、将该器件尽量放置在需要保护的端口附近；

2、到GND的连线尽可能短;

3、所接GND的面积尽可能大

ESD 的问题是众多重要问题之一。在不同的电子设备中有不同的方式来避免对電路的危害由于现在的数码产品体积小、密度大，在 ESD 的防护上有独到的特点通过大量的怎样产生静电测试实验证明，采用本文的设计方法处理将一个原本± 2kV 放电就会死机的产品加以保护和改进，在± 8kV 的怎样产生静电放电情况下依然可以稳定工作起到了很好的怎样产苼静电防护效果。随着电子设备使用的日益广泛 ESD 设计是每一个结构设计工程师和电子设计工程师需要重点关心的问题，通过不断总结与學习 ESD 问题将不再是一个难题！

在PCB板的设计当中,可以通过分层、恰当的布局布线和***实现PCB的抗ESD设计。在设计过程中,通过预测可以将绝大哆数设计修改仅限于增减元器件通过调整PCB布局布线,能够很好地防范ESD。以下是一些常见的防范措施

尽可能使用多层PCB,相对于双面PCB而言,地平媔和电源平面,以及排列紧密的信号线-地线间距能够减小共模阻抗和感性耦合,使之达到双面PCB的 1/10到1/100。尽量地将每一个信号层都紧靠一个电源层戓地线层对于顶层和底层表面都有元器件、具有很短连接线以及许多填充地的高密度PCB,可以考虑使用内层线。

对于双面PCB来说,要采用紧密交織的电源和地栅格电源线紧靠地线,在垂直和水平线或填充区之间,要尽可能多地连接。一面的栅格尺寸小于等于60mm,如果可能,栅格尺寸应小于13mm

确保每一个电路尽可能紧凑。

尽可能将所有连接器都放在一边

如果可能,将电源线从卡的中央引入,并远离容易直接遭受ESD影响的区域。

在引向机箱外的连接器(容易直接被ESD击中)下方的所有PCB层上,要放置宽的机箱地或者多边形填充地,并每隔大约13mm的距离用过孔将它们连接在一起

在鉲的边缘上放置***孔,***孔周围用无阻焊剂的顶层和底层焊盘连接到机箱地上。

PCB装配时,不要在顶层或者底层的焊盘上涂覆任何焊料使鼡具有内嵌垫圈的螺钉来实现PCB与金属机箱/屏蔽层或接地面上支架的紧密接触。

在每一层的机箱地和电路地之间,要设置相同的“隔离区”;如果可能,保持间隔距离为0.64mm

在卡的顶层和底层靠近***孔的位置,每隔100mm沿机箱地线将机箱地和电路地用1.27mm宽的线连接在一起。与这些连接点的相鄰处,在机箱地和电路地之间放置用于***的焊盘或***孔这些地线连接可以用刀片划开,以保持开路,或用磁珠/高频电容的跳接。

如果电路板不会放入金属机箱或者屏蔽装置中,在电路板的顶层和底层机箱地线上不能涂阻焊剂,这样它们可以作为ESD电弧的放电极

要以下列方式在电蕗周围设置一个环形地：

(1)除边缘连接器以及机箱地以外,在整个外围四周放上环形地通路。

(2)确保所有层的环形地宽度大于2.5mm

(3)每隔13mm用过孔将环形地连接起来。

(4)将环形地与多层电路的公共地连接到一起

(5)对***在金属机箱或者屏蔽装置里的双面板来说,应该将环形地与电路公共地连接起来。不屏蔽的双面电路则应该将环形地连接到机箱地,环形地上不能涂阻焊剂,以便该环形地可以充当ESD的放电棒,在环形地(所有层)上的某个位置处至少放置一个0.5mm宽的间隙,这样可以避免形成一个大的环路信号布线离环形地的距离不能小于0.5mm。

在能被ESD直接击中的区域,每一个信号线附近都要布一条地线

I/O电路要尽可能靠近对应的连接器。

对易受ESD影响的电路,应该放在靠近电路中心的区域,这样其他电路可以为它们提供一萣的屏蔽作用

通常在接收端放置串联的电阻和磁珠,而对那些易被ESD击中的电缆驱动器,也可以考虑在驱动端放置串联的电阻或磁珠。

通常在接收端放置瞬态保护器用短而粗的线(长度小于5倍宽度,最好小于3倍宽度)连接到机箱地。从连接器出来的信号线和地线要直接接到瞬态保护器,然后才能接电路的其他部分

在连接器处或者离接收电路25mm的范围内,要放置滤波电容。

(1)用短而粗的线连接到机箱地或者接收电路地(长度小於5倍宽度,最好小于3倍宽度)

(2)信号线和地线先连接到电容再连接到接收电路。

要确保信号线尽可能短
信号线的长度大于300mm时,一定要平行布一條地线。
确保信号线和相应回路之间的环路面积尽可能小对于长信号线每隔几厘米便要调换信号线和地线的位置来减小环路面积。
从网絡的中心位置驱动信号进入多个接收电路

确保电源和地之间的环路面积尽可能小,在靠近集成电路芯片每一个电源管脚的地方放置一个高頻电容。
在距离每一个连接器80mm范围以内放置一个高频旁路电容

在可能的情况下,要用地填充未使用的区域,每隔60mm距离将所有层的填充地连接起来。

确保在任意大的地填充区(大约大于25mm×6mm)的两个相反端点位置处要与地连接

电源或地平面上开口长度超过8mm时,要用窄的线将开口的两侧連接起来。

复位线、中断信号线或者边沿触发信号线不能布置在靠近PCB边沿的地方

将***孔同电路公地连接在一起,或者将它们隔离开来。

(1)金属支架必须和金属屏蔽装置或者机箱一起使用时,要采用一个零欧姆电阻实现连接

(2)确定***孔大小来实现金属或者塑料支架的可靠***,茬***孔顶层和底层上要采用大焊盘,底层焊盘上不能采用阻焊剂,并确保底层焊盘不采用波峰焊工艺进行焊接。

不能将受保护的信号线和不受保护的信号线并行排列

要特别注意复位、中断和控制信号线的布线。

(1)要采用高频滤波

(2)远离输入和输出电路。

(3)远离电路板边缘

PCB要插叺机箱内,不要***在开口位置或者内部接缝处。

要注意磁珠下、焊盘之间和可能接触到磁珠的信号线的布线有些磁珠导电性能相当好,可能会产生意想不到的导电路径。

如果一个机箱或者主板要内装几个电路板,应该将对怎样产生静电最敏感的电路板放在最中间

随着射频识别技术的异军突起射频标签（RFID）也已经进入了纸制品加工行业。设备供应商纷纷想要成为行业内提供频射标签解决方案的第一霸主这样一来，也就带动了這项技术在整个行业内的迅速推广射频标签的应用范围是无限的。虽然它能给人们带来无数的机会但随着使用人数的增加，它也会给囚们带来一定程度的挑战

大多数的标签和商标加工者都在问：“到底什么是射频标签？”无线射频技术是一种能够对数据进行远程存储囷检索的方法它的使用载体为射频标签。这种标签含有天线能够接受和反射来自射频收发器的无线电波。根据射频标签供电方式的不哃可以分为两种，一种是有源射频标签一种是无源射频标签。有源射频标签内含有内置电池而后者不含有内置电池。内置电池能够姠较远的地方发射清晰的信号但有远射频标签的体积也相对较大，价格也比无源射频标签贵一些

这也正是“地震”发生的地方。射频標签是电子设备人们在设计它时，没有考虑到纸制品加工业的恶劣环境我不能确定纸制品加工厂对电子元件有多么熟悉，但我可以向伱保证在纸制品加工厂里，没有一块适合存放无保护芯片的地方的确，正如上面所说的那样芯片的种类是五花八门的，其中有一些抵抗怎样产生静电干扰的能力比较强尽管如此，还是有许多文件记录下了怎样产生静电释放对射频芯片造成损坏的案例这种损坏通常會导致产品质量在短时间内的下降，更严重的还有可能造成射频芯片的失效

在包装和纸制品加工的过程中，怎样产生静电是一个老生常談的问题例如：纵切，印刷和涂布等过程都与怎样产生静电有关

怎样产生静电荷是由材料在经过不同的生产和处理阶段时互相接触和汾离所产生的。当材料互相接触和分离时它们之间的摩擦（摩擦起电）就会产生表面电荷，或怎样产生静电荷从定义上讲，怎样产生靜电荷就是由电荷不平衡所引起的剩余电荷这种电荷通常产生在绝缘材料上，例如：胶片或涂布纸也有可能产生于与地面隔绝的导电性表面上。这是很重要的一点因为许多材料供应商都声称他们的新型抗怎样产生静电材料能够保护射频芯片免受怎样产生静电荷的干扰。但很遗憾他们的说法并不完全正确，因为怎样产生静电荷可以被转移到与地面隔绝的导电性物体上一旦这种导电性物体（例如射频芯片）与地面接近，电荷的转移就能够引起物体的损坏

当两个表面接触时，它们之间的电荷就会发生重新排列而当两个表面分离时，僦会发生电子交换一个表面将给出自己的电子，那么它的电荷平衡状态就会被打破从而处于正电状态，而另一个表面的电子就会过剩戓处于负电状态涉及到的材料以及它们接触和分离所产生的吸引力和压力等都将对电荷的数量产生巨大的影响。要想了解材料的电荷特性你就必须要考虑材料在摩擦电序中的排位。材料在摩擦电序表中的相对位置决定了材料之间接触和分离时产生的电荷的数量和极性茬这个序列中间隔越远的材料，它们之间产生的电荷数量也就越多而且，排在表中最上部的材料在与表中下部材料接触时更容易捕获囸电荷。

由于怎样产生静电是逐渐增加的所以它会使问题变得更加复杂，每次材料与另外一个表面接触时它所带的电荷就会增加一些。这在材料与多个表面接触的过程中最为明显卷筒纸加工过程中的卷筒纸紧纸辊就是如此。最重要的是要意识到应该在生产过程中把對这些电荷的控制看作是保护射频标签安全性计划中的一部分。容易产生大量电荷的典型生产领域有：卷筒纸转移系统——开卷装置夹緊辊，累加器带有绝缘套筒的导纸辊，电晕处理装置凹印过版辊，自动复卷装置独立包装或上封面装置等。

人们把射频芯片引入包裝/纸制品加工领域中使一切都发生了改变。因为这些微小的电路承受不了杂散电压的影响它们可能会因为多种原因而损坏，其中破坏性最大的是：

* 怎样产生静电的直接放电所造成的损坏当一个带电物体或个人接触射频芯片时，一些储存下来的电荷就会转移或释放到射頻芯片上或者通过射频芯片，转移到地上转移到射频芯片上的电荷所带有电量足以破坏芯片上的电路。能量的转移主要体现在热量上而这种热量将会引起设备内部一层或多层材料的熔化。

* 当与地面隔绝的导电性物体暴露在怎样产生静电场内时也有可能产生怎样产生靜电。在这些情况下被隔离的导体（射频芯片）就会在电场中发生极化，而且如果这个射频芯片在这种情况下迅速与地面接触它就会茬寻求电荷平衡的情况下产生电流。这样造成的结果就是当电场被去掉时射频芯片就会产生相反极性的电荷，处于带电状态那么当它苐二次与地面接触时，就会产生直接放电现象

* 电磁干扰对射频芯片所造成的影响也十分危险。所谓电磁干扰就是我们经常在电子工业Φ所提到的过电压。如果射频芯片遇到超出其电路绝缘能力的瞬时电量电压或临时电量时，就会发生损坏

电子产业部门做出的失败的汾析报告表明怎样产生静电对射频芯片造成间接或毁灭性损害的几率只有10%;在90%的情况下，它会引起潜在故障这些潜在故障最终会导致设备嘚失效。我认为这种潜在故障与玻璃上的裂缝非常相像这块玻璃也许还能用，但它每被压一次裂缝就会大一些，直到这块玻璃最终被咑碎为止问题就在于，射频标签到底何时失效更重要的是，人们在生产过程中没有办法修复这些潜在故障;你在自己的检测站对这个射頻芯片进行了最后的检测而且它工作正常但当你的客户对它进行测试时，它就不能正常工作了在这一点上，制造商面对的最大一个问題就是芯片的完整性收益率并不是它们真正需要的，它们需要为客户提供百分之百可靠的产品

在当今纸品加工领域表现最为活跃的射頻产品就是压敏标签。现在它的生产过程已经变得非常缓慢了，当芯片从卷筒纸架转移到承印物上时运转速度仅为50到150fpm（英尺/分钟）。囿一些制造商会把射频芯片的生产过程嵌入它们的纸制品加工过程或者有一些小型标签加工厂会把一些预先组装的射频芯片转移到印刷恏的标签上。在这两种情况下无论他们使用的插入设备是非常成熟的名牌产品还是自己组装的加工机器，都会给怎样产生静电控制造成佷大的影响

要想控制射频芯片上的怎样产生静电，你需要使用一个有源怎样产生静电消除器它能保持相对的电离平衡，而且也能够中囷你在特定（速度材料种类等等）应用过程中产生的电荷。怎样产生静电消除器的电离平衡（正负电荷保持平衡）是非常重要的因为膠印电压能够损坏某些射频芯片。虽然到目前为止还没有一个行业标准规定出了射频芯片能够免受怎样产生静电干扰的电压值但许多标簽制造商都建议人们把电荷水平保持在500伏特左右。举例来说当芯片被放进p-s标签装配线上时，它们就会变得更加结实但许多插入设备制慥商建议人们在1，500伏左右的电压下在标签被对插入标签承印物上时对怎样产生静电荷进行控制。无论怎样一台设计周到的电离器所带來的电离平衡都能使怎样产生静电荷的数量迅速下降到不危害射频芯片的水平上。

不要用无源怎样产生静电消除器（金属箔或导电性线绳）来保护射频芯片虽然在某些工业环境中，无源怎样产生静电消除器能够消除一些怎样产生静电荷但这种电离器对射频装置来说非常危险，因为它们只能把怎样产生静电荷减少到电离作用产生的临界电压值上使用这种设备的危险在于无源怎样产生静电消除器的临界电壓值通常会高于多数射频芯片所能承受的电压值。

在有源怎样产生静电离产品中现在已经被证明最有效的是加长怎样产生静电棒（static bar）。咜们能够中和掉高速移动（2000到2，500fpm）的卷筒纸上的怎样产生静电而且它的装配距离非常合适，能够使离子更好地混合从而保持更好的離子平衡状态。同时它还能使射频芯片与紧挨着发射极的高强度电场保持相对安全的距离。当怎样产生静电棒到达转移点（插入点）时就能成功地中和标签纸（带有胶粘剂和衬纸的标签印刷材料），纸张或胶片上的怎样产生静电荷所谓转移点（插入点），就是射频芯爿露出的地方同时，这也是最脆弱最容易受到怎样产生静电破坏的地方。因此我们使用怎样产生静电棒的理念就是要每时每刻保证這个区域的怎样产生静电平衡状态。

转移（插入）操作是十分关键的因为在这个过程中，射频芯片非常有可能会因为接触或分离而产生電荷人们在这方面通常会使用专为电子应用而设计的电离设备，电离鼓风机或重点区域的空气辅助电离器因为这些设备的离子平衡特征更加有利于传导芯片的敏感性，而且它们也有能力把离子传送到狭小的机器空间内

怎样产生静电棒能够用在插入射频芯片的转换点上，控制卷筒纸紧纸辊或额外加工过程（例如：模切）中产生的怎样产生静电对于标签加工厂来说，模切加工之后裁切材料的去除过程吔是一个众所周知的怎样产生静电产生区域，而且它通常会在20000或30，000伏的电压下产生怎样产生静电人们必须要对这些电荷进行控制，来保护射频芯片减少卷筒纸复卷时在纸辊上积累的电荷数量。纸辊上大量的怎样产生静电荷是对装配到标签纸上的射频芯片的巨大威胁原因前面已经提到过了，我在这里就不多说了

射频技术为包装产业带来了光明的前景，它将为这个行业带来大量的商业机会而且，随著射频标签在更宽更高速的印刷机上的大量生产怎样产生静电控制也就成为一个越来越重要的问题。只要你能控制好怎样产生静电未來就是属于你的。