如何防止静电放电(ESD)?
正如我们在本主题的相关文章中所讨论的,ESD 是静电电荷从一个物体经由通往接地路径迅速释放到另一个物体的过程。这种电力的放电会对电子元件造成重大损坏,从而影响其性能,或导致设备完全失效。接收物体的敏感程度以及放电量将决定损坏的严重程度。
在整个供应链中,从生产、存储、运输、插装到测试和维修,都有相应的策略和产品来解决元件的 ESD 安全处理问题。任何关于避免电子元件遭受 ESD 事件所引发问题的讨论,都应从元件层面、板级层面和环境层面来进行分析。本文将逐一探讨这些方面,但需要牢记的是,作为一种自然力,ESD 可以被管理,但要完全消除却十分困难。
制定 ESD 策略
无论您的业务规模大小,从台架电路设计到最终制造,ESD 预防都应是一个共同的主题。这首先要通过风险评估了解您的防护需求,制定满足需求的计划,选择合适的 ESD 预防设备或系统,建立无 ESD 工作区,并将您的解决方案规划为持续且必需的规程。
在您努力控制工作环境中的 ESD 损害时,无论规模大小,您还可以参考 ANSI/ESD S20.20-2021 标准 《电气与电子零件、组件及设备的防护》,该标准概述了潜在的 ESD 风险及缓解策略。
元件因素
许多现代电子元件本身就具有一定程度的 ESD 或其他浪涌事件耐受能力。换句话说,有些元件比其他元件更容易受到影响。用于制造元件的材料可以起到保护作用,因此尽早与您的元件供应商探讨这一话题可能是个好主意。像 OnlineComponents.com 这样的授权元件分销商的工程专业人员可以提供重要帮助。
在设计阶段,简单地选择具有 ESD 抗性的加固型元件即可预防后续问题。但是,虽然淘汰或更换过于敏感的器件听起来是一个简单的解决方案,但这也可能导致整体系统成本或最终产品价格超出您预算所能接受的水平。
板级因素
一旦您在设计中识别并解决了易受 ESD 影响的元件问题,下一步可能就是同步设计一个内置的 ESD 保护电路,以保护那些无法替换的元件安全。这类电路使用反向偏置二极管、压敏电阻、瞬态电压抑制二极管或保险丝等器件,将能量分流到接地网络,或通过可复位或消耗性器件吸收能量,从而在损坏发生前将其化解。
值得注意的是,ESD 脉冲的速度极快,上升时间处于低纳秒级范围。用于保护电路的任何元件都必须具备足够快的响应时间,才能应对这些放电。多层压敏电阻和聚合物基抑制器等 ESD 抑制元件,也能将 ESD 电压降低到可接受的限度。
虽然板级保护电路很有用,但重要的是要记住,它只能在产品制造完成后的设计运行期间发挥作用,而且它会给您的产品增加显著的生产成本。此外,您仍然需要应对生产、测试、运输以及产品维修/返工过程中可能出现的问题,也就是我们所说的环境因素。
环境因素
在这一类别中,我们纳入了元件选型和电路设计之外、可能影响 ESD 问题的那些因素。环境因素是造成静电积累和放电的最大影响因素。缓解或预防这些影响的方案可繁可简,具体取决于您的需求。
这些因素包括生产或使用场所的低湿度水平、在可能放电之前处理游离静电荷的能力、制造过程中物体分离的速度、员工引起的静电积累、运输过程中对敏感元件或电路板的 ESD 屏蔽,以及元件以外的物体(包括人员)上的静电积累。
从工作台到工厂车间,与 ESD 预防直接相关的可用产品、材料、系统和设备种类繁多,选择适合您需求的方案可能颇具挑战。以下是您可能需要考虑的一些解决方案的简要清单:

- 用于运输、存储和装运的导电气泡膜、塑料袋和容器
- 用于装运的屏蔽盒、泡沫板和胶带(及配套分配器)
- 用于工作区域将静电分流至地的接地垫、腕带和引线
- 用于装配作业的合规工作台和工作站
- 供技术人员或现场人员使用的防 ESD 服装、鞋子和手套
- 用于整个房间范围 ESD 控制的离子发生器
- 用于清除表面或元件静电荷的离子风枪和风机
- 用于抵抗或管理整个工作区域静电积累的防静电或导电地砖、地毯和地垫
- 用于表面清洁以减少静电产生的化学品和处理剂
- 用于防止有害静电积累的导电涂料和涂层
- 用于评估 ESD 威胁的监测仪和测试仪
此外还有更多产品。不言而喻,无论规模大小,只要您有防止静电积累或 ESD 事件的具体需求,都能找到相应的解决方案。大多数 ESD 管理方案都是根据个人需求量身定制的,这也是您利用授权元件分销商产品知识库的又一个机会。
我们的朋友 CircuitBread专注于为新手和经验丰富的电子工程师提供培训和资讯内容,他们也在其网站上介绍了一些接地和电路保护的基础知识,您可以在此处查看: 如何防止静电放电 (ESD) 损坏我的元件?
关于 ESD 规程的说明
任何 ESD 预防或缓解系统,除非其所有单独组件(从腕带到屏蔽产品)都在存放敏感元件的区域持续投入使用,否则其防护价值都将十分有限。如果腕带没有插入接地网络,它将毫无用处。正如公共卫生领域的防疫规程一样,ESD 防护措施不能实施后就被遗忘。只需一次火花就足以造成损害。
总结
静电积累及其突然放电并非新现象,但随着产品变得更加复杂和微型化,它们对电子元件和系统造成的负面影响却在持续增长。了解 ESD 在整个供应链中的影响和作用,并持续努力将 ESD 产品的使用与生产规程相结合,可以将任何令人震惊的后果降到最低。
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