日常生活中,人们对于静电现象并不陌生。当你看使用电脑,接触屏幕时会有电击麻木的感觉;当你脱下化纤材料的毛衣时,可以听到“劈劈啪啪”的放电声,在黑暗中甚至可能会看见火花;你在日常生活中所感觉到、听到、甚至看到的其实就是静电放电现象,大自然中的雷电实质也是一种强大的静电放电现象。
现代社会,静电已成了人们的亲密“伙伴”,对于这种小的静电放电现象已经习惯,尽管它有时给人们带来不适,但这一切对人体来说并没有产生什么直接的大的影响及危害。
但对于电子设备而言却不同了,半导体器件的高密度、高增益对静电放电越来越敏感,mos 电路的击穿仅为100 v,而新的器件仅为30 v 左右。静电放电(esd)的危害性及静电防护的重要性,在现代电子制造业,越来越被人们所重视。事实上,esd有关的损害继续给世界的电子制造工业带来每年数十亿美元的代价。
静电产生的原因:
静电:物质是由分子组成,分子是由原子组成,原子中有带负电的电子和带正电的质子组成。在正常状况下,一个原子的质子数与电子数量相同,正负平衡,所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围,一经外力即脱离轨道,离开原来的原子而进入其他的原子,使原子因缺少电子数而带有正电现象,另外的原子因增加电子数而呈带负电现象。这种物体表面所带过剩或不足的相对静止不动电荷,称之为静电。引起静电的方式通常有固体起电、感应起电、摩擦起电、人体带电等等。
人体带电主要有三种形式:
一、是接触分离带电,即人在活动中衣服之间,与外界物质之间的摩擦,鞋与地面接触分离
二、是感应带电;
三、是吸附带电,当人体在具有带电微粒空间活动时,由于带电微粒被人体所吸附,使人体带电。
某些外界因素对静电产生的影响非常大,最主要的要数人体和湿度了。
1、人为因素
由于人在不停地运动,人的身体很容易带上静电荷;人的皮肤、头发和身体这样的绝缘材料会储存相当大数量的静电荷;由于人在操作,会将人体的静电传输(发射)电荷到元器件或设备上。
2、低湿度(空气干燥)
湿度对静电的积累和消散的影响很大,湿度较低时,静电电位高;湿度较高时,静电电位低。这主要因为湿度较高时,绝缘材料表面吸附了水分子(有时还有导电杂质)而降低了绝缘,便于静电泄漏。不同物质受湿度影响不同,吸湿性大的,容易被水份润湿,受湿度影响较大;吸湿性小,受湿度影响也小。如玻璃表面,易被水润湿,而石蜡、聚四氟乙烯等不易被水润湿的物质,受湿度的影响较小。
3、材料类型
不同的材料产生静电的大小不一样,特别是合成材料、普通塑料和绝缘体更容易产生或存储静电。
可以说静电是无处不在,这样就对家电制造提出了较高要求。
机器产生的静电,我们可以通过让机器接地,这样可以有效解决机器产生的静电对制造中家电的损坏。
对于人为产生的静电,可以查找到其产生的源头,从而从源头上解决。我们的思路很简单,就是给源头静电提供一个泄放通道,让其能够在到达敏感元件前将静电消耗掉。通过分析以及实际生产经验总结,最容易受到静电损伤的是mcu,而且危害也最大,一旦损坏,则整个家电都失去功效。所以我们一般会针对mcu采取以下一些简单方法来解决静电。
1、rc电路或者单电阻、单电容电路
我们知道,电阻是耗能元件,那么在静电的通路上放置一个合适大小的电阻将是一个理想的选择,而且成本也不高。
2、单二极管电路
对于部分电路,在通路上增加电阻可能会影响其固有功能的,可以采用对电源上拉或者下拉一个二极管。我们知道,静电是非常快速的,所以要求这个二极管反应速度也要快,否则,起不到泄放静电的作用。我们通常使用性价比比较高的in4148(当然采用tvs管效果会更好,不过成本需要高一些)。
3、rcd电路
对于静电较大,或者希望达到更高的抗静电能力的,可以采用rcd(电阻、电容、二极管组合)电路,但该电路成本比上面两种要高。
4、除了在电路上采取一些措施外,我们还可以在设计pcb板时,在pcb板上采取些措施。
a、地线采用单点共地的方式;
b、如果可能,尽量每一个信号线附近都有地线,这样方便通过寄生电容来释放静电;
c、静电一般都是尖端放电,所以可以在电路中故意设置一个锐角走线,然后在此锐角处设计静电防护;其它走线尽量宽而短;
d、在线路上有意的预留一些安装电阻、电容位置,在生产中无法消除静电时,增加电阻、电容等消除静电。
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