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ESD防护原理及措施总结_V1.0_2018
l 解决措施:在靠近CPU的VIO28位置加TVS,增强芯片ESD防护能力,在尾插处增加外壳厚度,使尾插被包在内,改 善后测试pass,建议客户修改模具,避免尾插裸露在外。
l 经验总结:考虑ESD防护尽量避免手机有裸露金属件,做到“能堵则堵”,如果无法避免使用此类结构件,要使ESD 路径可控,远离敏感元件。
后在实际可行的情况下,任何需要保护的芯片均应尽可能地远离ESD防护器件。采取这一 方法将极大地减轻集成电路所承受的应力。 c. 将电路板走线至ESD防护器件的距离降至最小。与此走线相关联的电感以及任何的封装寄 生电感都将在保护电路中加入阻抗。实质上,随着与传输线路之间距离的增加, ESD防护 器件变得越发与受其保护的信号线“隔离”开来。请记住,芯片将要承受ESD防护器件两 端的ESD电压和走线阻抗两端的电压。理想的焊点位置在数据传输线路的顶部。如果做不 到这一点,则应最大限度地减少它们之间的距离。 d. 机壳的地应是ESD基准。而不是信号(数字)地。目的是把ESD从信号环境中转移出去。 目标是尽量保持"干净"的信号(数据)环境。
键等)使用ESD防护器件如TVS,ESD+EMI filter。其他还有Varistor,zener diode 等; — b.ANT、USB等信号质量要求高适用低容TVS,高容TVS会引起信号衰减和失真; — c.对于音频接口(除class D)最好选用3.3V双向TVS管,SIM卡接口、按键接口最好 选用3.3V单向TVS管,class D选用5V双向TVS管; — d. c中3.3V和5V指TVS的clamping 电压,clamping 电压比较低的TVS能提高ESD 防护能力。
1.1.静电产生机理简介 ★任何物质都是由原子组合而成,而原子的基本结构为质子、中子及电子。科学家们将质子定 义为正电,中子不带电,电子带负电。在正常状况下,一个原子的质子数与电子数量相同,正 负电平衡,所以对外表现出不带电的现象。但是由于外界作用如摩擦或以各种能量如动能、位 能、热能、化学能等的形式作用会使原子的正负电不平衡,任何两个不同材质的物体接触后再 分离,即可产生静电。 ★静电放电(Electrostatic Discharge)是指具有不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的 电荷转移。ESD是一种常见的近场危害源,可形成高电压,强电场,瞬时大电流,并伴有强电 磁辐射,形成静电放电电磁脉冲。电流 >1A上升时间0~15ns,衰减时间0~150ns ★静电的产生在电子工业生产中是不可避免的,其造成的危害主要可归结为以下两种机理: 其一:静电放电(ESD)造成的危害: (1)引起电子设备的故障或误动作,造成电磁干扰。 (2)击穿集成电路和精密的电子元件,或者促使元件老化,降低生产成品率。 (3)高压静电放电造成电击,危及人身安全。 (4)在多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所极易引起爆炸和火灾。 **其二,静电引力(ESA)造成的危害(不作介绍): (1)电子工业:吸附灰尘,造成集成电路和半导体元件的污染,大大降低成品率。 (2)胶片和塑料工业:使胶片或薄膜收卷不齐;胶片、CD塑盘沾染灰尘,影响品质。 (3)造纸印刷工业:纸张收卷不齐,套印不准,吸污严重,甚至纸张黏结,影响生产。 (4)纺织工业:造成根丝飘动、缠花断头、纱线纠结等危害
4.常见ESD 控制的基本原则
★认识到所有的电子组件和装配件都对于ESD破坏敏感; ★避免在没有适当接地情况下触摸敏感组件和装配件; ★设计ESD防护电路原则:
ESD防护电路对于ESD瞬间的反应速度要比被保护器件迅速; ★设计ESD防护电路三个要素:
a:设计时要充分考虑结构堵和导的可行性,配合主板留好接地位置,改用非 导电材料;在PCB布局 布线评审阶段,结构和硬件要一起核对;同时保证 主板地的完整性;
l 解决措施:上壳接地要充分,改善后测试pass。 l 经验总结:考虑ESD防护尽量避免手机有裸露金属件,如果无法避免使用此类
结构件,要使静电放电路径可控,远离敏感元件。
— 6.5部分案例分析
— ★E680——ESD 实验,+-10KV,耳机附件的上下壳缝隙死机
l 原因及现象:由于耳机座的特殊构造,使MIC 引脚有一块金属片裸露在外 面,易吸收静电,麦克电路有检测耳机的ADC引脚,此引脚受到干扰很容 易影响CPU的正常工作,导致系统紊乱,死机。
— 5.4.ESD主要防止措施(PCB) —
— ★PCB 接地的设计原则:
a. PCB接地面积越大越好; b. 电源与地之间接电容; c. 电源与地越接近越好; d. 电源、地布局在板中间比在四周好; e. 使铺铜尽量完整; f. PCB的接地线需要低阻抗且要有良好的隔离; g. 布地线的时候,最好能够布成树枝状,而不是布成闭合形式; h. 存在多组电源和地时,以格子方式连接; i. 在电源和地之间放置高频旁路电容; j. 将电源地分为数字地和模拟地; k. 若电路由几块PCB构成,最好要求共地,且使其之间的地极尽量连接良好。
ESD防护原理及措施总结
— 此总结主要针对传音近期项目在ESD不良方面的问题 进行的硬件设计总结,为后续硬件设计前期静电考量 和后续ESD改善提供参考。提升防静电能力,提高生 产效率,以期从设计前端提升品牌机的质量来满足客 户日益提高的品质要求。
一、静电问题
— 1.静电产生机理简介 — 2.ESD标准及常见不良现象 — 3.常见ESD Fail的结构位置 — 4.常见ESD 控制的基本原则 — 5.ESD主要防止措施 — 6.部分案例分析
6.1部分案例分析
★A625——ESD 实验+/-8KV,手机底电流增大,闪屏,耳机FM 无声。
l原因及现象:MT6260平台本身平台ESD防护能力限制,ESD测试时,有静电流入主板就会随机导致VIO28接口漏电,使 手机底电流增大;A625模具使用的壳料有金属壳,接地不足,导致静电流入主板;耳机FM使用ESD防护器件防静电能力 不足,导致FM在ESD实验时有无声现象。 l解决措施: 在靠近CPU的VIO28位置加TVS,金属壳接地,耳机FM处换高性能TVS,改善后测试pass。 l经验总结:考虑ESD防护尽量避免手机有裸露金属件,如果无法避免使用此类结构件,要使静电放电路径可控,远离敏 感元件,尤其避免CPU受ESD影响。
**1.2.静电产生机理简介——对人体影响
★在不同湿度条件下,人体活动产生的静电电位有所不同。在干燥的季节,人体静电可达几千 伏甚至几万伏。实验证明,静电电压为5万伏时人体没有不适感觉,带上12万伏高压静电时也 没有生命危险。 ★对人体的危害 Ø 对皮肤,长期处于开着的电视、电脑和微波炉等环境下,就常常可能有毛孔变大,皮肤干
5.2.ESD主要防止措施(PCB)
PCB layout 对线路和器件摆放位置优化: a. 避免在保护线路附近走比较关键的信号线; b. 各类信号线及其馈线所形成的回路所环绕面积要尽量小,必要时可考虑改变信号线
或接地线的位置; c. 将接口信号线路直接经过保护器件后,再进入回路的其它部分; d. 走线越短越好; e. 信号线越靠近地线越好,太长的信号线或电源线必须与地线交错布置; f. 将复位、中断、控制信号远离输入/输出口,远离PCB的边缘,同时尽量避免走表层
— 6.2部分案例分析
★A655——ESD 实验+/-8KV,手机底电流增大。
l 原因及现象: MT6260平台本身平台ESD防护能力限制,ESD测试时,有静电流入主板就会随机导致VIO28接口漏电 ,使手机底电流增大;A625模具使用的是金属后壳,并接地不足,导致静电流入主板,影响到CPU。
l 解决措施:在靠近CPU的VIO28位置加TVS,金属壳接地,改善后测试pass 。 l 经验总结:考虑ESD防护尽量避免手机有裸露金属件,如果无法避免使用此类结构件,要使静电放电路径可控,远离
2.ESD标准及常见不良现象
★标准: 空气放电±8KV(有问题按按照降级2KV,±电压确 认Байду номын сангаас,我司按照±10KV测试 ,后续可能进一步提高 不良现象: ★硬件损坏 ★自动关机,程序混乱 ★死机,程序混乱,要通过人为干预才能复位; ★死机,程序混乱,无法进行复位。 ★死机,掉电,通话掉线,SIM卡失灵,MP3杂音,LCD蓝 屏,花屏,损坏等; ★另外接地如果处理不好,还可能衍生出来电绿条纹、亮屏 干扰、RF性能一致性差等问题。
b:ESD 电路设计预防和后期补救都要从静电入口进行,这样代价最小;同 时注意成本最小,量产可行,避免手工装配操作;
c:整机静电防护要保证先堵后导,堵要充分堵;导也要保证充分导。
— 5.1.ESD主要防止措施(结构&硬件)
— ★防止静电荷积累,外壳直接接地屏蔽(结构); — ★手机表面绝缘处理,使静电放电无法发生(结构); — ★使静电放电路径处于受控状态,远离敏感源(结构&PCBA) ; — ★电路控制方面: — a.易导入ESD的接口位置(电池connector、USB、audio、SIM、T-card、CTP、按
3.常见ESD Fail的结构位置
★外设接口开孔位置,如USB、Jack ★侧键开孔位置,尤其是采用金属材质且未接地或FPC未接 地处理处 ★SIM card、T card ★部分导电材质或采用导电工艺的装饰件,如摄像头装饰件、 闪光灯装饰件、喇叭网、听筒网 ★部分导电材质或采用导电工艺的壳体,如金属前壳、金属 电池盖、前后壳采用电镀 ★键盘板,尤其是用钢片做支架的键盘板 ★Camera、LCD、TP ★小板、转接FPC等其他辅料
— 6.4部分案例分析 — ★E690——ESD 实验,+/-8KV,手机掉电。
l 原因及现象: ESD测试时,插充电器或者单插USB线静电均OK,只有插耳机时 静电才有问题。1.将主板左右声道断开,依然会出现掉电和重启现象。 2.将 MIC通路断开后静电OK,由此判断出静电路径如下图,静电打到尾插上之后, 没有迅速的回到电池,然后从MIC引入到CPU,麦克电路有检测耳机的ADC引 脚,此引脚受到干扰很容易影响CPU的正常工作,导致出现重启,掉电等现象。