三、设计和制造中的防静电措施
芯片制造工艺按摩尔定律不断进步，低电压、微功耗、高集成度技术给我们带来更新的产品，而ESD对电脑的危害性也随之增长，可以 说ESD对摩尔定律继续有效将会是一个障碍，这是业界不愿看到但又不得不面对的严重问题。在电子行业中，防静电技术已经成为一个热门技术 ，防静电产品的研发和制造已经发展为一个独立的产业。
ESD防护是一个系统工程，在设计和制造阶段，可从三个方面着手：一是要防止电脑本身因产生强静电感应而自我损伤，如增加屏蔽和 隔离措施、通过增大PCB接地面积改善电荷泄漏通路等；二是要选择ESD特性好的芯片，不同厂家的同一种芯片性能也会有所不同，在芯片说明 中一般都会提及；三是增设ESD保护电路，抵御外来静电。
1.芯片的防静电设计
随着芯片速度的提高，为了缩短引脚长度而减少信号串扰，CPU等超大规模IC芯片的封装越来越多地采用倒装芯片(flip chip)，倒装 芯片通常面积较大，而厚度很薄，这样芯片自身成了一个巨大的电容器，使得芯片可能携带大量静电电荷Q(=C×V)。
其次，CPU、GPU及北桥芯片上的金属盖以及散热片，是个惹是生非的祸根。诺大的金属体无异于一个静电接收天线，极易吸附芯片周围 的电场，以及芯片附近导线上的电荷，对芯片安全构成威胁。
综合上述两种不利因素，芯片的防静电设计主要从下面两个途径实现，一是采用紧密型设计技术，尽可能缩小IC核心和I/O的尺寸，以 降低寄生电容；二是采用分割器件设计的后端镇流(BEB)、整合的镇流电路(MBC)版图设计以及多触点电路设计(MFT)等，各放电通道形成相互并 联的网络，使得芯片总体等效电阻值很小，放电能力很强。
2.整机的屏蔽与接地设计
在电脑生产车间，地板、制造设备、测试仪器、芯片周转箱、库房等均为防静电设计，就连操作者也要身穿防静电服、戴上防静电手 套。但是，电脑在应用过程中，ESD还是有许多的可乘之机。为了避免感应静电的危害，需要对整机进行屏蔽和接地。
电脑的金属机箱是屏蔽静电的重要措施，良好的接地措施可使电脑受静电危害的几率大大降低。机箱中的主板、接口卡，软驱、硬盘、 光驱等设备，以及包裹在信号线外面的金属屏蔽网，均通过机箱连接成一个整体，然后再通过电源地线接入大地，这样不仅可以消除外来的感 应静电，也可以消除设备自身所产生的摩擦静电。
当然，前提是各部件之间应该接触良好。所以，为保证部件充分接触，机箱上设置有各种弹 性触点或弹性接触片(图4)。
图4 机箱上的金属触点
3.接口电路中植入ESD保护器
芯片是最容易被ESD损坏的器件，因此成为电脑中的重点保护对象。而接口电路位于板卡电路的外围，是抵御ESD的一道防线。在电脑 的各个接口处接入ESD防护器件，使静电在防护器件上释放掉，可避免静电向电路板的纵深区域侵入。
接口电路中最简易的防静电措施是：在线路中串联一个低阻值的电阻，以限制ESD的电流，或在信号线与地线之间接入一个小电容，给 ESD电流提供通路。不过这些措施会对信号产生衰减和延迟，不利于信号传输。近几年生产的主板中，在键盘、鼠标的PS/2接口以及RS－232C串 口和IEEE 1284A并口等低速端口中，多采用内嵌防静电功能的数据收发芯片(图5)。接口芯片中内嵌的ESD保护电路，是利用寄生电路实现的。当ESD作用时，寄生电路被触发，泄放ESD电流或箝位ESD电压，达到保护目的。
图5 内嵌防静电功能的收发芯片
对于高速的USB和IEEE 1394热插拔接口，因为引脚较少，通常接入TVS(Transient Voltage Suppresser，瞬态电压抑制器)(图6)和 MLV(Multi-Layer Varistor，多层变阻器)等新型ESD保护器。TVS器件内通常含有若干个TVS二极管、具有多路保护作用的微型贴片元件，常见的封装形式有 SOT23和SC-70两种，最新产品有Semtech公司的MicroClamp TVS，Microsemi公司的USB50403C等。TVS能够迅速地将ESD故障电流放电到接地端，而且其漏电流和结电容都很低，响应时间也很短(1ns左右 )，是高速数据通路中理想的选择，在电脑主板及各种USB设备中获得广泛应用。
图6 USB接口中的TVS保护电路
ESD保护器虽然有多种类型，但每一种都具有“自恢复”特性，都应经得住多次放电的考验。俗话说，千里之堤，溃于蚁穴。在电脑设 计和制造过程中，从EMC设计到元器件筛选，从流片焊接到整机装配，不管哪个环节出了问题，都会带来防静电性能的缺陷。因此，样机设计阶 段要利用好ESD测试这个查漏手段，及时发现设计漏洞，电脑整机进入包装箱前，也应按照相关标准严格测试，防止把问题产品销售出去。本文 开头提到的i865主板连续烧毁南桥芯片的质量事故，如果主板制造商进行过ESD测试，这种糟糕的事情大概就可以避免了。
