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手機在整個生命周期內(nèi)都處在一個充滿靜電的環(huán)境之中,如果抗靜電釋放(ESD)設計不好,則可能導致手機在使用過程中發(fā)生鎖死、復位、數(shù)據(jù)丟失和不可靠等現(xiàn)象。本文將結(jié)合實際的設計闡述手機ESD控制的基本原則和保護設計方法,以及產(chǎn)品生產(chǎn)時的補救措施。
ESD控制技術
a 認識到所有的電子組件和裝配件都對于ESD破壞敏感；
b 在沒有適當接地情況下避免觸摸敏感組件和裝配件；
c 除非在一個靜電安全環(huán)境中,應該避免運輸、儲藏和搬運靜電敏感組件和裝配件。
保護微電子電路組件的主要有效手段是在器件制造時建立保護回路。設計保護回路要在三個要素之間綜合考慮─器件的主要功能、器件制造制約(例如屏蔽水平和材料特性)和器件的位置(ESD控制)。保護電路對于ESD瞬間的反應必須比被保護的器件迅速。雖然典型的器件保護可以通過設計回路獲得,然而沒有器件制造商能夠完全消除ESD破壞問題,因此,還需要附加的保護措施。
a 減少回路面積(面積越大,所包含的場流量越大,其感應電流越大)。
b 走線越短越好。
c PCB接地面積越大越好。
d 電源與地之間接電容。
e 器件與靜電源隔離。
f PCB的接地線需要低阻抗且要有良好的隔離。
g 所有的組件越近越好。
h 同一特性器件越近越好。
i 電源與地越接近越好。
j 電源、地布局在板中間比在四周好。
k 存在多組電源和地時,以格子方式連接。
l 信號線越靠近地線越好。
m 太長的信號線或電源線必須與地線交錯布置。
n 在電源和地之間放置高頻旁路電容。
a 外露金屬容易被ESD擊中,因此金屬本體及延伸至PC板內(nèi)部線路周圍必須隔離2mm以上間隙。
b 加上尖端放電,吸收靜電(GND銅箔越寬越好,并直接回主地)。
c 多層板的內(nèi)層同樣需要隔離。
d 整面的防護:加上金屬接地面。
a A處為機構(gòu)設計加長靜電路徑,防止靜電進入。
b B處在板邊緣設計一條銅箔,直接連回主地,不可連接其它回路,并適度露銅或取消阻焊,以吸收靜電。
c C處螺孔設計原理同B。
d D機構(gòu)加上防護片,防止靜電進入。
a 在源端使用濾波器衰減信號
b 在接收端使用濾波器衰減信號
c 增加距離以減少耦合
d 降低源端和接收端的天線效應
e 90度極性差異
f 在傳輸與接收端之間使用隔離方式
g 增加傳輸與接收天線的阻抗以降低磁場耦合
h 使用均勻、低阻抗參考板使信號一直保持在共模狀態(tài)
a 外殼的金屬部份需接機殼地
b 至少需要與電子器件或電路走線距離以上
c 若無法接機殼地時須距離2cm以上
d 盡量使同屬性電子器件在一起
e 要有足夠空間,以避免阻礙PCB設計
f 所有相連接之金屬材料其EMF差要小于
g 所有設計須有另加隔離片的空間
h 所有孔洞或縫隙不能大于2cm
i 使用多個小孔取代一個大孔
j 不可在接機殼地或靜電敏感組件附近挖孔
k 使用金屬帶(foil tape)時,必須與機殼實現(xiàn)電接觸
h 連接帶需短而寬
ESD糾錯方法及補救措施
a. 仔細觀察實驗現(xiàn)象。注意電弧的放電強度及放電方向,讓ESD放電槍(GUN)從不同方向靠近放電點,觀察現(xiàn)象有何不同,分析靜電是如何進入機身。
b. 逐漸增加或減少放電電壓,觀察手機是在哪個電壓區(qū)間發(fā)生失效。例如,在做空氣放電測試時,如果8KV不能通過,向下打6KV、4KV；如果8KV通過,則向上打10KV、12KV、15KV觀察實驗現(xiàn)象。
c. 畫圖及列表,詳細記錄實驗現(xiàn)象。畫出手機正面,反面及側(cè)面示意圖,準確標注放電點,必要處以彩色筆標出電弧方向。列表詳細記錄每一放電點的實驗現(xiàn)象。如某點在某一正負電壓值放電次數(shù)、失效次數(shù)及每次失效現(xiàn)象,是關機、復位還是LCD顯示不正常,都詳細記錄以便參考。
d. 一臺樣機的現(xiàn)象總是帶有隨機性,需要對幾臺樣機進行同樣的測試,找出失效的共性現(xiàn)象,以便準確判斷失效原因。
e. 根據(jù)實驗現(xiàn)象進行分析,判斷失效原因。由于ESD 的失效原因是多種多樣的,所以由一個現(xiàn)象可能分析出幾種不同的原因,其中的某一個或幾個引起手機ESD失效。這需要工程師進行更深一步的分析,針對每一種可能進行具體實驗,最終找出失效的真正原因。
a. 必須做大量的試驗來尋找解決方案,這是一個反復而枯燥的過程,針對不同的原因采用不同的方法,如露銅吸收靜電、加導電材料釋放靜電、添加防護墊及防靜電器件等方法,將靜電合理阻擋、疏通或吸收。
b. 找到解決方案后,必須對此方案進行進一步的分析,盡量做到經(jīng)濟并適于量產(chǎn),避免采用昂貴的元器件及在制造過程中采用手工操作。
本文作者:
徐濤
何穎
ESD工程師
上海DBTEL實業(yè)有限公司
