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手机ESD控制及其补救措施

日期:2024-03-28 11:55
浏览次数:1414
摘要:
    手机ESD控制及其补救措施
    就目前而言,手机抗ESD静电干扰问题越来越被重视,众多手机研发公司一般都会购买静电放电发生器用于测试手机的抗静电测试,同时也大大方便研发人员的测试和调试。

  手机在整个生命周期内都处在一个充满静电的环境之中,如果抗静电释放(ESD)设计不好,则可能导致手机在使用过程中发生锁死、复位、数据丢失和不可靠等现象。ESD破坏大多数明显的影响是器件失效,处于静电释放危险中的电子器件可能完全不受影响,或产生了损伤但并不能立即被察觉,但是由于中间阶层品质降低,其预期寿命可能降低,这就是一个潜在的设备操作故障。


ESD控制技术

  防止ESD损坏的一个办法是在器件、电路包装和系统里设计抗ESD的专门保护结构,另一个方法是防止静电电荷积累,从而避免ESD的发生。

1. ESD控制的基本原则: 
       a 认识到所有的电子组件和装配件都对于ESD破坏敏感; 
       b 在没有适当接地情况下避免触摸敏感组件和装配件; 
       c 除非在一个静电**环境中,应该避免运输、储藏和搬运静电敏感组件和装配件。

2. 设计保护 
   保护微电子电路组件的主要有效手段是在器件制造时建立保护回路。设计保护回路要在三个要素之间综合考虑─器件的主要功能、器件制造制约(例如屏蔽水平和材料特性)和器件的位置(ESD控制)。保护电路对于ESD瞬间的反应必须比被保护的器件迅速。虽然典型的器件保护可以通过设计回路获得,然而没有器件制造商能够完全消除ESD破坏问题,因此,还需要附加的保护措施。

 

3. PCB抗静电设计原则: 
a PCB接地面积越大越好。

b 走线越短越好。
c 减少回路面积(面积越大,所包含的场流量越大,其感应电流越大)。 

d 电源与地之间接电容。 
e 器件与静电源隔离。 
f 电源、地布局在板中间比在四周好。 
g 存在多组电源和地时,以格子方式连接。 
h 信号线越靠近地线越好。 
i 太长的信号线或电源线必须与地线交错布置。 
j 在电源和地之间放置高频旁路电容。
k PCB的接地线需要低阻抗且要有良好的隔离。 
l 所有的组件越近越好。 
m 同一特性器件越近越好。 
n 电源与地越接近越好。 
 

4. PCB上外露金属的设计: 
a 外露金属容易被ESD击中,因此金属本体及延伸至PC板内部线路周围必须隔离2mm以上间隙。 
b 加上**放电,吸收静电(GND铜箔越宽越好,并直接回主地)。 
c 多层板的内层同样需要隔离。 
d 整面的防护:加上金属接地面。


5. 减少场耦合的方法 
a 在源端使用滤波器衰减信号 
b 在接收端使用滤波器衰减信号 
c 增加距离以减少耦合 
d 降低源端和接收端的天线效应 
e 在传输与接收端之间使用隔离方式 
f 增加传输与接收天线的阻抗以降低磁场耦合 
g 使用均匀、低阻抗参考板使信号一直保持在共模状态

6. PCB板边缘和螺丝孔的设计: 
a A处为机构设计加长静电路径,防止静电进入。 
b B处在板边缘设计一条铜箔,直接连回主地,不可连接其它回路,并适度露铜或取消阻焊,以吸收静电。 
c C处螺孔设计原理同B。 
d D机构加上防护片,防止静电进入。


7. 外壳设计准则 
a 外壳的金属部份需接机壳地 (若无法接机壳地时须距离2cm以上) 

b 至少需要与电子器件或电路走线距离2.2mm以上  
c 要有足够空间,以避免阻碍PCB设计 
d 所有相连接之金属材料其EMF差要小于0.75V 
e 所有设计须有另加隔离片的空间 
f 所有孔洞或缝隙不能大于2cm 
g 使用多个小孔取代一个大孔 
h 不可在接机壳地或静电敏感组件附近挖孔 
i 连接带需短而宽


ESD纠错方法及补救措施

由于ESD控制的复杂性,即使经验非常丰富的工程师也难做到万无一失,对进入生产环节才发现ESD问题的产品能够准确及时补救十分重要。

1、 纠错的原则及步骤

样机ESD通不过是个让工程师头疼的问题,可以根据下面的步骤来发现并分析产生的问题及原因。 
    a. 仔细观察实验现象。注意电弧的放电强度及放电方向,让ESD放电枪(GUN)从不同方向靠近放电点,观察现象有何不同,分析静电是如何进入机身。 
    b. 逐渐增加或减少放电电压,观察手机是在哪个电压区间发生失效。例如,在做空气放电测试时,如果8KV不能通过,向下打6KV、4KV;如果8KV通过,则向上打10KV、12KV、15KV观察实验现象。 
    c. 画图及列表,详细记录实验现象。画出手机正面,反面及侧面示意图,准确标注放电点,必要处以彩色笔标出电弧方向。列表详细记录每一放电点的实验现象。如某点在某一正负电压值放电次数、失效次数及每次失效现象,是关机、复位还是LCD显示不正常,都详细记录以便参考。 
    d. 一台样机的现象总是带有随机性,需要对几台样机进行同样的测试,找出失效的共性现象,以便准确判断失效原因。 
    e. 根据实验现象进行分析,判断失效原因。由于ESD 的失效原因是多种多样的,所以由一个现象可能分析出几种不同的原因,其中的某一个或几个引起手机ESD失效。这需要工程师进行更深一步的分析,针对每一种可能进行具体实验,*终找出失效的真正原因。

2、 补救措施

如果不是万不得已,尽量找到较好的补救措施,使产品不至于从新设计。分析失效原因之后,必须认真寻找*恰当的补救措施。 
    a. 必须做大量的试验来寻找解决方案,这是一个反复而枯燥的过程,针对不同的原因采用不同的方法,如露铜吸收静电、加导电材料释放静电、添加防护垫及防静电器件等方法,将静电合理阻挡、疏通或吸收。 
    b. 找到解决方案后,必须对此方案进行进一步的分析,尽量做到经济并适于量产,避免采用昂贵的元器件及在制造过程中采用手工操作。

  以上的手机ESD控制及其补救措施,仅供大家参考。

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