3000字详述ESD产生原理及防护

    所有物体是由带（+）电电子和带（-）电电子构成。在通常状态下，质子带的正电荷电量与电子带的负电荷电量相同，所以原子整体上呈电中性。中性的原子会因摩擦、接触或剥离等原因而导致电子发生移动——如果带上多余电子的话便会带负电;反之，如果失去电子的话便会带正电。静电发生在导体或半导体等所有物体上。

    接触性带电：两个物体互相接触后分开时易发生静电。这种是我们周围常见到的静电现象。

    摩擦带电：两个物体摩擦时发生热产生静电。静电由于接触的程度或表面的均匀度、接触压力、磨力、分离速度等不同而电荷量不同。

    传递带电：用塑料袋包装的部品易发生静电。当塑料袋、塑料等带电体接触部品时易产生静电，也就是不带电体处在带电体的电场内时易产生静电。

    剥离带电：粘贴的标签或塑料揭下来时易发生静电，轴和皮带滚动分离时也容易产生静电。

    喷射带电：液体或气体等喷射时喷射粒子和孔之间发生摩擦而产生静电。气枪或冷却风扇等属于喷射带电体（喷射后碰上物体时也会发生)。

    热电子放出带电：真空或低压气里移动的电子或离子的作用下，整流放大，振荡，开关等作用的管球（包括真空管，放电管，光电管，阴极射线管 等）。物体加热时发出电子，温度升高时最外层轨道的电子能量增加使电子容易从原子上分离 。

    光电子带电：光线与材料的表面反应留下正电荷，也就是说紫外线（太阳线）照射电子产品时间过长易产生静电。

    该序列是按带电量多少由正到负排序，最上是带（++）电子最多，依次减弱至最下为带（–）电子最多

    任何PCB如果被接触或接近人、包装、电缆或其他可能产生大电位差的物体，就可能受到静电放电的影响。当这种电压差足够大时，就会形成电流通道，产生一个强烈的电流脉冲。随着电流脉冲的发展，会在元件和PCB电路板上的导体中产生高温。在极端场强和放电电流的情况下，PCB电路板可以被损坏，元件也可以被摧毁。

    其他静电发生量，例如地面走动，ESD1000-5000V。不戴静电环在作业台上作业，ESD800-1000V。坐在椅子上摩擦，500-1000V。塑料台TAPE，ESD5000V。

    在PCB上实施ESD保护的目标是防止ESD电流流入电路，并通过低阻抗连接将其引导至地。然而，在正常条件下，组件仍然需要对受保护线路传输的信号保持无影响。也就是说ESD保护电路或组件只有在发生ESD事件时才应作出响应，并且必须在其上升时间内迅速进行，以便将ESD脉冲引导出去。

通常情况下，最好将ESD脉冲引导到系统中的地线上。按优先顺序排列的最佳选择为：

1.与地线相连的机箱接地。

2.机箱与系统地线相连，连接点远离可能发生ESD的地方。

3.PCB上的防护环，与第2种情况相同，有相同的系统地线连接。

4.系统地线。

    最佳情况是将地线从PCB中移开，这就是为什么机箱接地在ESD保护和在故障发生时候作为电流的释放点上是首选的原因。

    在一些靠近潜在ESD源（如连接器）的集成电路的输入/输出（I/O）上使用的一种电路是Zener二极管（瞬态电压抑制器）。这个小电路使用了4个Zener二极管，在ESD事件期间反向偏置，创建一个并联连接，用于ESD电压/电流，并保护负载组件。这应该被放置在源非常接近的地方，以便电流可以立即被导向地线。

    另一个选择是TVS二极管，这是在重要接口上实现ESD保护的另一种常见方法。尽管我们称这个组件为二极管，但它不仅仅是一个简单的二极管，如下面的等效电路所示。

    其他ESD保护装置包括气体放电管和简单的压敏电阻。放电管通常用于电力浪涌（如Littelfuse组件），而不是用于快速ESD事件。在使用其作为ESD保护装置之前，请确保检查数据手册并了解该组件的响应时间。

    USB、以太网、I2C、RS-485、RS-232等数字接口的ESD保护通常会在连接器和包含该接口的IC之间使用TVS二极管。除此之外，还需要对任何金属连接器护罩和未使用的引脚进行屏蔽。您的元器件数据手册通常会提供一些指导方针，以确保ESD保护。一些公司还在数据手册中列出了特定的ESD等级，这些等级可能符合特定的行业标准（例如汽车或电信标准），在设计可能容易受到ESD影响的设备时，您可以选择这些元器件。

    静电防止用MAT按用途分类为TABLE、MAT和FLOOR MAT，按材质分类为传导材质和绝缘材质。

    防静电服按材质不同分类。我们穿着的工作服是均匀排布含有金属纤维的材质，这类防静电服是最常用而有效的！类似晴伦类的衣物静电现象很严重。

    等离子风机对不能接地的绝缘类（PIASTIC、VINYI等）有相当好的效果，但不同产品特性也不同，使用时要好好看说明书。（安全距离、清扫周期、同位元素、使用时的的校正周期等需注意）

    防静电液（防静电用SPRAY）分两类：

    1. 用导静电性物质喷射物体表面，此时能接地。

    2. 化学物质吸收空气中的潮气成为导静电性或防静电性，防止发生静电。

这样处理的物体当除去表面的潮湿层后，将不能发挥防静电的性能。也就是说虽然涂抹了防静电液，但时间过长会失去效果，所以要周期性确认处理。

1.使用地平面：在PCB布局中，将地平面（GND）覆盖整个PCB，并确保地线连接良好。地平面可以提供对ESD的良好屏蔽和放电路径。

2.管理信号线：将信号线和地线尽可能地走在一起，并保持它们的平行距离最小。这有助于减小ESD对信号线的干扰。

3.使用差分信号：对于敏感的高速信号，使用差分信号传输可以提供更好的抗ESD能力。

4.添加滤波器：在信号线上添加滤波器可以帮助抑制ESD和其他噪声。

5.使用保护元件：在PCB布局中合理放置ESD保护元件，如TVS二极管、瞬态电压抑制器等。这些元件可以吸收和分散ESD能量，保护其他电子元件。

6.避免尖锐边缘：在布局中尽量避免尖锐的边缘，因为尖锐的边缘会增加ESD击穿的风险。

7.地线和电源线分离：将地线和电源线分开布置，以减少ESD对电源线的影响。

8.地线的回流：尽可能使用直接回流连接地线，以提供更好的ESD放电路径。

通过采取这些布局措施，可以有效地保护PCB免受ESD的影响，提高电路的可靠性和稳定性。