什么是ESD

什么是ESD

ESD，其英文全称为Electro-Static discharge即“静电释放”。ESD是20世纪中期以来形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科。因此，国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD，中文名称为静电阻抗器。

简言之，ESD就是电荷的快速中和，电子工业每年花在这上面的费用有数十亿美元之多。我们知道所有的物质都由原子构成，原子中有电子和质子。当物质获得或失去电子时，它将失去电平衡而变成带负电或正电，正电荷或负电荷在材料表面上积累就会使物体带上静电。电荷积累通常因材料互相接触分离而产生，也可由摩擦引起，称为摩擦起电。 　　

有许多因素会影响电荷的积累，包括接触压力、摩擦系数和分离速度等。静电电荷会不断积累，直到造成电荷产生的作用停止、电荷被泄放或者达到足够的强度可以击穿周围物质为止。电介质被击穿后，静电电荷会很快得到平衡，这种电荷的快速中和就称为静电放电。由于在很小的电阻上快速泄放电压，泄放电流会很大，可能超过20安培，如果这种放电通过集成电路或其他静电敏感元件进行，这么大的电流将对设计为仅导通微安或毫安级电流的电路造成严重损害。 　　

有多种模型可以用来表述器件如何受到损害，如人体模型(HBM)、机器模型(MM)、带电器件模型(CDM)以及电场对器件的影响等。对于自动装配设备而言，主要考虑后三种损坏模型(模式)，我们在下面分别进行讨论。 　　

机器模型/模式 自动装配设备使用导轨、传动带、滑道、元件运送器和其他装置来移动器件使之按工艺要求的方向运动，如果设备设计不当，传动带和运送系统上可能会积累大量电荷，这些电荷将在工艺过程中通过器件泄放。设备部件通过器件放电就称为机器模型/模式。 　　

带电器件模型/模式 如果一个器件因某种原因累积了电荷并与一个带电少的表面相接触，电荷就会通过器件上的导电部分泄放。当器件向其他材料放电时，就称为带电器件模式，用带电器件模型表示。 　　

电场影响 电场感应会在IC阻性线路间产生电位差，引起绝缘体介质击穿。造成失效的另一个原因是器件上的电荷在电场中会被极化，从而产生电位差并向异性电荷放电，形成双重放电或中和。在ESD控制中使用了具有不同电阻特性的材料，这些材料用在自动装配设备中可以获得理想的效果。描述材料电阻特性通常用表面电阻率或体电阻率。

ESD与一般电压保护的压敏电阻的区别
　　
现在仍然有很多电子工程师对静电的产生及防护了解不够，往往把静电阻抗器（ESD）和用于一般电压保护的压敏电阻（EMD）混为一谈。下面就简单介绍一下压敏电阻。 　　

压敏电阻是一种无极性过电压保护元件，无论是交流电路或直流电路，只需将压敏电阻器与被保护电器设备或元器件并联即可达到保护设备的目的。压敏电阻的缺点是易老化和电容较高，老化是指压敏电阻内的二极管元件被击穿。由于大多数情况下P－N结过载时会造成短路，依其负载的频繁程度，压敏电阻开始吸引泄漏电流，泄漏电流会在敏感的测试电路中引起测量数据误差，同时，特别是在额定电压高的电路中，会造成强烈发热。 　　

压敏电阻的电容高（最低都在100μf以上），使它在很多情况下不能在信号传输线路中使用。电容和导线电感形成一个低通电路，会使信号极大地衰减。但频率大约在30kHz以下的衰减可以忽略不计。但是对于要求通过USB端口与计算机连接的大多数码产品来说，一旦连接端口的电容值大于5pf时，往往会引起数据传输出错或失败。 　　

电子消费类、数码产品中专门的静电阻抗器ESD（静电保护元件）：电压范围为〈24V，极间电容有〈2.5pf的，响应速度小于1ns，极低的漏电流，封装主要为0603和0402。工作原理是：在电器正常工作过程中，ESD只是表现为容值极低的(一般〈5pf)容抗特性，不会对正常的电器特性产生影响,且不会影响到电子产品的信号及数据传输；当器件两端的过电压达到预定的崩溃电压时，迅速（纳秒级）做出反应，以几何级数的量放大极间漏电流通过，从而达到吸收、减弱静电对电路特性的干扰和影响。同时，由于ESD静电阻抗器的构成材质的特殊性，ESD往往都是通过对静电进行吸收和耗散，亦即表现为一个充放电的过程，来达到对设备进行静电防护，所以设备中的ESD静电阻抗器都不易老化损坏。 　　

由于国外进口电子产品时均要求通过静电测试，这就要求我们设计产品时应充分考虑ESD问题，在硬件的设计上应该注意的有以下几个方面的问题：首先，静电会通过两种渠道在传播，一种是感应的空气放电，另外一种是传导；感应的空气放电主要防护措施是屏蔽，主要考虑结构等方面的问题；传导的防护主要是吸收，我们只要在需要保护的端口前增加ESD即可；其次，在我们增加保护器件ESD时，尽量远离受保护的端口而尽量靠近静电到入口；在次，在设计PCB时经过ESD期间的线路，尽量产生锐角；最后，应该重点考虑受保护器件的地线走向问题，是否也是全部纳入受保护的范畴，否则在做静电反向脉冲测试时，无法达到正向脉冲的等级。 　　

二：ESD：内镜黏膜下层剥离术（endoscopic submucosal dissection）ESD是利用多种内镜用刀（endoknives）切开病变周围黏膜，沿着黏膜下层进行剥离的切除病变的一种治疗方法，适于胃任何部位的无淋巴结转移的危险性癌灶，操作简便。包括IT刀法（insulation-tipped electrosurgical knife, IT knife）、hook刀法（hook knife）、Flex刀法（Flex-knife）、三角形刀法（triangle-tip knife, TT knife）、针状刀法（needle knife）及其他方法[5，8－9，12－13]。与EMR相比，ESD具有如下优点：1）ESD可整块切除范围更广（>2 cm）的病变，并可进行病理组织学检查，评价切缘有无癌细胞残留，在日本等已经应用于早期食管、胃及大肠癌的治疗[7]；2）即使是溃疡性病变（抬举征阴性）也可切除。但本方法手术时间长，合并出血及穿孔的发生率较高，据文献报道ESD术后出血需要急诊内镜止血约7%，穿孔约4%[4-7]，也有部分病例需要急诊外科手术治疗，术者也需要进行充分训练。在黏膜下层的浅层（上1/3层次）进行操作时，出血较少；在深层易引起术中出血且难以止血[4，7，11-12]。Oyama等[13]对7例残胃癌（9个病变）进行ESD，并与同时期实施ESD治疗的345例胃癌比较，前者肿瘤平均直径为16 mm（5～30 mm），完整切除率为100%，而后者肿瘤平均直径为16 mm（3～145 mm），完整切除率为97%。 　　
 

近年来，日本学者研究发现黏膜下层癌中深度<300 μm病例的淋巴结转移率与黏膜内癌极其相似[9，12，14－15]，目前将肿瘤直径<3 cm的无溃疡糜烂的分化型黏膜下层癌及肿瘤直径<2 cm的未分化型的黏膜下层癌列为EMR和ESD适应证[11－15]。

高速电路的ESD保护
　　
不管选择怎样的TVS器件，它们在电路板上的布局非常重要。TVS布局前的导线长度应该减到最小，因为快速(0.7ns)ESD脉冲可能产生导致TVS保护能力下降的额外电压。 　　

另外，快速ESD脉冲可能在电路板上相邻(平行)导线间产生感应电压。如果上述情况发生，由于将不会得到保护，因为感应电压路径将成为另一条让浪涌到达IC的路径。因此，被保护的输入线不应该被放置在其它单独、未受保护的走线旁边。推荐的ESD抑制器件PCB布局方案应该是：放置在被保护的IC之前，但尽量与连接器/触点PCB侧尽量近这； 放置在与信号线串联任何电阻之前； 放置在包含保险丝在内的过滤或调节器件之前； 放置在IC之前的其他可能有ESD的地方。 　　

由于业界对在高频电路中采用ESD抑制越来越感兴趣，所以已对消费电子领域中的一些大型器件进行了研究。对比数据表明，尽管低成本的硅二极管(甚至变阻器)的触发/箝位电压非常低，但它们的高频容量和漏电流无法满足不断增长的应用需求。 　　

另一个重要要求是ESD抑制器对电路信号特性的影响最小。对聚合物ESD抑制器的测量表明，频率高达6GHz时的衰减小于0.2dB，这样它们对电路几乎没有影响 　　

另外，商业化产品要求在所有不同的硬件接口位置都要有ESD浪涌保护。例如，一些新型电脑和更高端的消费电子可能会如下这些互连器件的大部分或者全部：以太网、USB1.1/USB2.0、IEEE-1394/1394b、音频/视频/RF以及传统的RS-232、RJ-11等端口等的audio/video/RF端口。所有传统的保护器件都已经不同程度地得以成功应用。但是，如今不断增长的工作频率为超低电容器件(如聚合物抑制器)提出了需求.

USB 2.0 协议具有100 Mbps的快速数据转换速率。因此，当采用具有SurgX技术的超低电容聚合物器件进行保护时，一个配备了USB 2.0功能的器件将具有最佳性能。这将比使用齐纳二极管或多层变阻器时产生更少的数据失真。 　　

另外，许多新型消费电子器件能执行快速的IEEE-1394/1394b(Fireware)数据转换协议。这种非常高的数据速率(1600 Mbps，1394b)要求低电容ESD抑制器，例如聚合物浪涌器件。测试数据表明，聚合物ESD抑制器带来的信号失真比硅二极管器件保护Firewire端口产生的更少。 　　

ESD另外还有一个意思是 emergency shutdown device 紧急停车系统。

ESD 适用的行业
　　
包括电子电气，IT 和通讯等 　

1.静电防护要求高的企业，如生产晶片，磁头的企业。 　　

2.知名跨国公司的下属企业或者供应商，如 IBM,INTEL 等。 　　

3.承接 OEM、ODM 的知名 EMS 企业。

ESD知识介绍

静电是一种客观的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦、电器间感应等。静电的特点是长时间积聚、高电压、低电量、小电流和作用时间短的特点。 　　人体自身的动作或与其他物体的接触，分离，摩擦或感应等因素，可以产生几千伏甚至上万伏的静电。 　　

静电在多个领域造成严重危害。摩擦起电和人体静电是电子工业中的两大危害，常常造成电子电器产品运行不稳定，甚至损坏。 　　

生产过程中静电防护的主要措施为静电泄露、耗散、中和、增湿，屏蔽与接地。 　　

人体静电防护系统主要有防静电手腕带、脚腕带、脚跟带、工作服、鞋袜、帽、手套或指套等组成，具有静电泄放，中和与屏蔽等功能。 　　

静电防护工作是一项长期的系统工程，任何环节的失误或疏漏，都将导致静电防护工作的失败。