如何實現PCB抗ESD設計

來自人體、環境甚至電子設備內部的靜電會對精密半導體芯片造成各種損害,例如穿透元件內部的薄絕緣層; 損壞 MOSFET 和 CMOS 元件的柵極; CMOS 器件中的觸發器鎖定; 短路反向偏置PN結; 短路正偏壓PN結; 熔化有源器件內部的焊絲或鋁線。 為了消除靜電放電(ESD)對電子設備的干擾和損壞,需要採取多種技術措施加以防範。

PCB板 設計中,PCB 的 ESD 電阻可以通過分層、適當的佈局和安裝來實現。 在設計過程中,大多數設計更改可以僅限於通過預測添加或刪除組件。 通過調整PCB佈局和佈線,可以很好地防止ESD。 以下是一些常見的預防措施。

印刷電路板

如何實現PCB抗ESD設計

1、盡量使用多層PCB。 與雙面PCB相比,地平面和電源平面,以及信號線和地線之間的緊密間距可以減少共模阻抗和電感耦合,使其達到1/10到1/100雙面印刷電路板。 盡量將每個信號層靠近電源層或接地層。 對於頂部和底部表面都有元件、連接非常短且大量接地的高密度 PCBS,請考慮使用內線。

2、對於雙面PCB,應使用緊密交織的電源和地網。 電源線靠近地面,應盡可能連接在垂直線和水平線或填充區之間。 一側的網格尺寸應小於或等於60mm,可能的話小於13mm。

3. 確保每個電路盡可能緊湊。

4. 盡可能將所有連接器放在一邊。

5. 如果可能,將電源線從卡的中心引離容易受到直接 ESD 損壞的區域。

6、在從外殼引出的連接器下方的所有PCB層上(容易被ESD直接擊中),放置寬底盤或多邊形填充地,並以大約13mm的間隔將它們連接在一起。

7. 在卡的邊緣放置安裝孔,開式焊劑的頂部和底部焊盤在安裝孔周圍連接到機箱的地。

8、PCB組裝,上下焊盤不要塗任何焊錫。 使用帶有內置墊圈的螺釘在 PCB 和金屬底盤/屏蔽或地面支撐之間提供緊密接觸。

9、在機箱與電路地之間的每一層,要設置相同的“隔離區”; 如果可能,請將間距保持在 0.64 毫米。

10、在卡的頂部和底部靠近安裝孔的位置,每100mm沿機箱地和電路地用1.27mm寬的線連在一起。 在這些連接點附近,在底盤接地和電路接地之間放置了用於安裝的焊盤或安裝孔。 這些接地連接可以用刀片切斷以保持開放,或者用磁珠/高頻電容器跳躍。

11、如果電路板不放入金屬盒或屏蔽裝置中,電路板機箱地線的頂部和底部不能塗阻焊劑,這樣它們就可以用作ESD電弧放電極。

12. 按照以下方式在電路周圍設置一個環:

(1) 除邊緣連接器和機箱外,整個環接外圍。

(2)確保所有層的寬度大於2.5mm。

(3)孔每13mm連成一個環。

(4)將多層電路的環形地和公共地連接在一起。

(5) 對於安裝在金屬外殼或屏蔽裝置中的雙面板,環形地應連接到電路的公共地。 非屏蔽雙面電路應接環形地,環形地不應塗助焊劑,使環形地起到ESD放電棒的作用,環形地上至少留有0.5mm寬的間隙(所有層),這樣就可以避免大循環。 信號走線距離環形地不應小於0.5mm。

在 ESD 可直接擊中的區域,應在每條信號線附近鋪設地線。

14. I/O 電路應盡可能靠近相應的連接器。

15、易受ESD影響的電路應放置在靠近電路中心的位置,以便其他電路對其提供一定的屏蔽作用。

16、通常在接收端放置串聯電阻和磁珠,對於容易受到ESD影響的線纜驅動器,也可以考慮在驅動端放置串聯電阻或磁珠。

17、瞬態保護器通常放置在接收端。 使用短粗線(小於 5x 寬度,最好小於 3x 寬度)連接到機箱底板。 連接器的信號線和地線應直接連接到瞬變保護器,然後才能連接電路的其餘部分。

18. 將濾波電容放置在連接器處或距離接收電路 25mm 以內。

(1)使用短而粗的線連接機箱或接收電路(長度小於寬度的5倍,最好小於寬度的3倍)。

(2)信號線和地線先接電容,再接接收電路。

19. 確保信號線盡可能短。

20、當信號線長度大於300mm時,必須平行敷設地線。

21、保證信號線與對應迴路之間的迴路面積盡可能小。 對於較長的信號線,信號線和地線的位置應每隔幾厘米改變一次,以減少環路面積。

22. 將來自網絡中心的信號驅動到多個接收電路中。

23. 確保電源和地之間的環路面積盡可能小。 在 IC 芯片的每個電源引腳附近放置一個高頻電容。

24. 在每個連接器的 80mm 範圍內放置一個高頻旁路電容器。

25. 在可能的情況下,用土地填充未使用的區域,以 60 毫米的間隔連接所有填充層。

26. 確保地面連接到任何大的地面填充區域(大約大於 25mm*6mm)的兩個相對端。

27、當電源或地平面上的開孔長度超過8mm時,用細線連接開孔兩側。

28. 復位線、中斷信號線或邊沿觸發信號線不要靠近PCB邊緣。

29. 將安裝孔與電路公共地連接或隔離。

(1)當金屬支架必須與金屬屏蔽裝置或機箱配合使用時,應使用零歐姆電阻來實現連接。

(2)確定安裝孔的大小,以實現金屬或塑料支架的可靠安裝,在安裝孔的頂部和底部使用大焊盤,底部焊盤不能使用阻焊劑,並確保底部焊盤不採用波峰焊工藝進行焊接。

30、受保護的信號電纜和未受保護的信號電纜不能平行佈置。

應特別注意復位、中斷和控制信號線的接線。

(1) 應使用高頻濾波。

(2) 遠離輸入和輸出電路。

(3) 遠離電路板邊緣。

32、PCB應插入機箱內,不要安裝在開口位置或內部接縫處。

注意磁珠下方、焊盤之間的信號線走線,可能會接觸到磁珠。 有些珠子導電性很好,可能會產生意想不到的導電路徑。

如果一個機箱或主板要安裝幾塊電路板,中間應該是對靜電最敏感的電路板。