靜電是人們非常熟悉的一種自然現象。靜電的許多功能已經應用到軍工或民用產品中，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電分離、靜電復印等。然而，靜電放電ESD（Electro-Static Discharge）卻又成為電子產品和設備的一種危害，造成電子產品和設備的功能紊亂甚至部件損壞。 下面談一談靜電相關問題，在Part1文末部分介紹了一種終極大招，來解決數碼產品ESD靜電問題，在Part2部分，例舉了PCB設計過程中抗ESD問題，作了詳細剖析。 Part 1 ESD靜電基本問題 現代半導體器件的規模越來越大，工作電壓越來越低，導致了半導體器件對外界電磁騷擾敏感程度也大大提高。ESD對于電路引起的干擾、對元器件、CMOS電路及接口電路造成的破壞等問題越來越引起人們的重視。電子設備的ESD也開始作為電磁兼容性測試的一項重要內容寫入國家標準和國際標準。 1.靜電成因及其危害 靜電是兩種介電系數不同的物質磨擦時，正負極性的電荷分別積累在兩個特體上而形成。當兩個物體接觸時，其中一個趨從于另一個吸引電子，因而二者會形成不同的充電電位。就人體而言，衣服與皮膚之間的磨擦發生的靜電是人體帶電的主要因之一。 靜電源與其它物體接觸時，依據電荷中和的機理存在著電荷流動，傳送足夠的電量以抵消電壓。在高速電量的傳送過程中，將產生潛在的破壞電壓、電流以及電磁場，嚴重時將其中物體擊毀，這就是靜電放電。 A.接觸分離起電 任何兩個不同物材質地物體接觸后再分離即可產生靜電,當兩個不同物體相互接觸時就會產使得一個物體失去一些電荷如電子轉移到另一個物體使其帶正電.而另一個物體得到一些剩余電子的物體而帶負電.若在分離的過程中電荷難以中和,電荷就會積累使物體帶上靜電,所以物體與其它物體接觸后分離就會帶上靜電. B.摩擦起電 實質上摩擦起電是一種接觸又分離的造成正負電荷不平衡的過程.摩擦是一個不斷接觸與分離的過程.因此摩擦起電實質上是接觸分離起電,而產生靜電的最普通方法,就是摩擦生電.材料的絕緣性越好,越容易是使用摩擦起電. 摩擦起電是一個機械過程,依靠相對表面移動傳送電量.傳送的電量取決于接觸的次數.表面粗糙度濕度,接觸壓力,摩擦特性以及相對運動速度.一個人或一輛車所能帶來的電量的電壓值大程度上由它們的電容決定. C.感應起電 針對導體材料而言,因電子能在它的表面自由流動,如將其置于一電場中，由于同性相斥，異性相吸，正負離子就會轉移. D.傳導起電 針對導電材料而言,因電子能在它的表面移動,如帶電物體接觸,將會發生電荷轉移. 國家標準中定義：靜電放電是具有不同靜電電位的特體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉移，一般用ESD表示。ESD會導致電子設備嚴重損壞或操作失常。 靜電對器件造成的損壞有顯性和隱性兩種。隱性損壞在當時看不出來，但器件變得更脆弱，在過壓、高溫等條件下極易損壞。 ESD兩種主要的破壞機制是：由ESD電流產生熱量導致設備的熱失效；由ESD感應出過高電壓導致絕緣擊穿。兩種破壞可能在一個設備中同時發生，例如，絕緣擊穿可能激發大的電流，這又進一步導致熱失效。 除容易造成電路損害外，靜電放電也極易對電子電路造成干擾。靜電放電對電子電路的干擾有二種方式。一種是傳導干擾，另一種是輻射干擾。 2.數碼產品的構造及其ESD問題 現在各類數碼產品的功能越來越強大，而電路板卻越來越小，集成度越來越高。并都或多或少的裝有部分接口用于人機交互，這樣就存在著人體靜電放電的ESD問題。一般數碼產品中需要進行ESD防護的部位有：USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天線接口、VGA接口、DVI接口、按鍵電路、SIM卡、耳機及其他各類數據傳輸接口. ESD可能會造成產品工作異常、死機，甚至損壞并引發其他的安全問題。所以在產品上市之前，國內或國外檢測部門都要求進行ESD和其它浪涌沖擊的測試。其中接觸放電需要達到±8kV，空氣放電需要達到±15kV，這就對ESD的設計提出了較高的要求。 3.數碼產品中ESD問題解決與防護 3.1 產品的結構設計 如果將釋放的靜電看成是洪水的話，那么主要的解決方法與治水類似，就是“堵”和“疏”。如果我們設計的產品有一個理想的殼體是密不透風的，靜電也就無從而入，當然不會有靜電問題了。但實際的殼體在合蓋處常有縫隙，而且許多還有金屬的裝飾片，所以一定要加以注意。 其一，用“堵”的方法。盡量增加殼體的厚離，即增加外殼到電路板之間的距離，或者通過一些等效方法增加殼體氣隙的距離，這樣可以避免或者大大減少ESD的能量強度。 通過結構的改進，可以增大外殼到內部電路之間氣隙的距離從而使ESD的能量大大減弱。根據經驗，8kV的ESD在經過4mm的距離后能量一般衰減為零。 其二，用“疏”的方法，可以用EMI油漆噴涂在殼體的內側。EMI油漆是導電的，可以看成是一個金屬的屏蔽層，這樣可以將靜電導在殼體上；再將殼體與PCB（Printed Circuit Board）的地連接，將靜電從地導走。這樣處理的方法除了可以防止靜電，還能有效抑制EMI的干擾。如果有足夠的空間，還可以用一個金屬屏蔽罩將其中的電路保護起來，金屬屏蔽罩再連接PCB的GND。 總之，ESD設計殼體上需要注意很多地方，首先是盡量不讓ESD進入殼體內部，最大限度地減弱其進入殼體的能量。對于進入殼體內部的ESD盡量將其從GND導走，不要讓其危害電路的其它部分。殼體上的金屬裝飾物使用時一定要小心，因為很可能帶來意想不到的結果，需要特別注意。 3.2 產品的PCB設計 現在產品的PCB（Printed Circuit Board）都是高密度板，通常為4層板。隨著密度的增加，趨勢是使用6層板，其設計一直都需要考慮性能與面積的平衡。一方面，越大的空間可以有更多的空間擺放元器件，同時，走線的線寬和線距越寬，對于EMI、音頻、ESD等各方面性能都有好處。另一方面，數碼產品設計的小巧又是趨勢與需要。所以，設計時需要找到平衡點。就ESD問題而言，設計上需要注意的地方很多，尤其是關于GND布線的設計以及線距，很有講究。有些產品中ESD存在很大的問題，一直找不到原因，通過反復研究與實驗，發現是PCB設計中的出現的問題。為此，這里總結了PCB設計中應該注意的要點： (1)PCB板邊（包括通孔Via邊界）與其它布線之間的距離應大于0.3mm； (2)PCB的板邊最好全部用GND走線包圍； (3)GND與其它布線之間的距離保持在0.2mm～0.3mm； (4)Vbat與其它布線之間的距離保持在0.2mm～0.3mm; (5)重要的線如Reset、Clock等與其它布線之間的距離應大于0.3mm; (6)大功率的線與其它布線之間的距離保持在0.2mm～0.3mm； (7)不同層的GND之間應有盡可能多的通孔（VIa）相連； (8)在最后的鋪地時應盡量避免尖角，有尖角應盡量使其平滑。 3.3 產品的電路設計