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[分享] ESD静电屏蔽防护的方法及原理分析

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2021-8-23
发表于 2021-6-5 09:08:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
静电是基本的电力之一,是电荷在两个物体之间建立起来的电力。在比较干燥的冬季,我们常常在脱毛衣的时候会听到啪啪的声响,或者用手开车门的时候会被电一下,这个就是静电,它是一种静止状态的电荷。

  静电的产生

  就静电而言,是一个物体有多余的电子,而另一个物体则电子不足,因此具有多余电子的物体是负的,而缺少电子的物体是正的。当两个充有相反电荷的物体靠近时,会像恋人一样彼此吸引,它们靠的越近,吸引力就越大。电荷的这种吸引在这两个物体之间建立起一个电场,电场就像磁场一样,含有能量,可以被释放出来。任何两个不同材质的物体接触后再分离,即可产生静电,而产生静电的普遍方法,就是摩擦生电。材料的绝缘性越好,越容易产生静电。因为空气也是由原子组合而成,所以可以这么说,在人们生活的任何时间、任何地点都有可能产生静电。

  自然当中的静电

  当两个物体带有相反的电荷时,他们两之间就存在着电位差,电位差就叫做电压。如果两个充电的物体离得太近,或者是累积的电荷太多,那么吸引力就将变得巨大,电子会跳过两者之间的距离从而产生火花。这也是闪电产生的原理。云和地面充有相反的电荷,地面为正,云为负,由于电荷量巨大,导致电子跨越自由空间的间隙,使空气电离,产生一条通路,电子通过该通路中去中和地面上的正电荷,结果就产生出巨大的火花,就是闪电了,同时伴随着响声,就是雷声了。

  总的来说,静电不受人们欢迎,不过也有被利用的一面,比如静电除尘,静电净化空气等。当两个充电的物体特别近或积累电荷越多时,这种电荷就会释放而产生火花,这个现象叫做静电释放,英文称ESD。ESD是我们讨厌的东西,其实,它还是我们电路板上的晶体管和集成电路受损的主要因素之一。静电不能被消除,然而我们却可以防,我们可以在电子厂里面看到,生产线上的工作人员都是吹着离子风机,手上配带着静电手环的,静电手环一端连接着地线,如有静电产生会延着静电手环释放给大地母亲,这是防止静电释放产生的电流会击穿电子元器件而使用的措施。

  对ESD进行静电屏蔽防护的方法

  对ESD进行防护的最好方法,是敏感器件进行静电屏蔽和磁场屏蔽,静电屏蔽可用导电良好的金属屏蔽片来阻挡电场力线的传输。一般有了静电屏蔽,磁场屏蔽就不再是十分需要的了,因为当高频磁力线穿过金属屏蔽片时,会在金属屏蔽片中感应产生回路电流(涡流),此电流产生磁场方向正好与干扰磁场的方向相反,两者虽然不能完全抵消,但可以互相抵消大部分,从而同样可以降低磁场产生的干扰。
  
  这里需要特别说明的是,对ESD 进行静电屏蔽防护的金属屏蔽片是可以不需要接地的。经屏蔽之后,在屏蔽片与大地之间就会增加一个分布电容C02,C02对C011 在C012、C03 产生的电压起到分压作用,因此,C02 与C012、C03 之比,越大越好,而C01=C011+C012=2C012(假说C011=C012)。加大C02 要尽量加大屏蔽片的有效面积,而减小C01,则应该尽量让A 远离测试探头和机壳,并把敏感器件A 置于公共地的包围圈之中。金属屏蔽片一般选用如过滤嘴香烟包装盒中的锡箔片最为简便。
  
小结

  ESD 属于共模浪涌放电,如果电子产品内部电路不与大地联接(如三类电子产品),如采用TVS 器件对电子产品中的敏感器件进行ESD 防护,一般作用都不大,对ESD 防护最有效的方法是采用静电屏蔽。对敏感器件进行静电屏蔽的金属屏蔽片一般都不需要接地,只需在敏感器件的上下贴装金属薄膜即可。静电无处不在,一般,电子设备的体积越大,在进行ESD测试时,就越容易过关,主要原因是PCB线路板的导电面积越大,其对地的分布电容也越大,当带电物体在进行电荷转移时,在同样电位的条件下,需要的电荷就会增加;而一些体积较小的便携式小型电子产品(如手机),则在进行ESD测试时可能很难过关,不过,对小型电子产品进行静电屏蔽也比较容易,只需在机壳上面贴一层薄薄的导电薄膜(或涂一层可导电的油漆)即可,因此,对敏感器件进行静电屏蔽是小型电子产品对付ESD测试比较常用的方法。
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