如何实现PCB抗ESD设计

来自人体、环境甚至电子设备内部的静电会对精密半导体芯片造成各种损害,例如穿透元件内部的薄绝缘层; 损坏 MOSFET 和 CMOS 元件的栅极; CMOS 器件中的触发器锁定; 短路反向偏置PN结; 短路正偏压PN结; 熔化有源器件内部的焊丝或铝线。 为了消除静电放电(ESD)对电子设备的干扰和损坏,需要采取多种技术措施加以防范。

PCB板 设计,PCB 的 ESD 抗性可以通过分层、适当的布局和安装来实现。 在设计过程中,大多数设计更改可以仅限于通过预测添加或删除组件。 通过调整PCB布局和布线,可以很好地防止ESD。 以下是一些常见的预防措施。

印刷电路板

如何实现PCB抗ESD设计

1、尽量使用多层PCB。 与双面PCB相比,地平面和电源平面,以及信号线和地线之间的紧密间距可以减少共模阻抗和电感耦合,使其达到1/10到1/100双面印刷电路板。 尽量将每个信号层靠近电源层或接地层。 对于顶部和底部表面都有元件、连接非常短且大量接地的高密度 PCBS,请考虑使用内线。

2、对于双面PCB,应使用紧密交织的电源和地网。 电源线靠近地面,应尽可能连接在垂直线和水平线或填充区之间。 一侧的网格尺寸应小于或等于60mm,可能的话小于13mm。

3. 确保每个电路尽可能紧凑。

4. 尽可能将所有连接器放在一边。

5. 如果可能,将电源线从卡的中心引离容易受到直接 ESD 损坏的区域。

6、在从外壳引出的连接器下方的所有PCB层上(容易被ESD直接击中),放置宽底盘或多边形填充地,并以大约13mm的间隔将它们连接在一起。

7. 在卡的边缘放置安装孔,开式焊剂的顶部和底部焊盘在安装孔周围连接到机箱的地。

8、PCB组装,不要在顶部或底部焊盘上涂任何焊料。 使用带有内置垫圈的螺钉在 PCB 和金属底盘/屏蔽或地面支撑之间提供紧密接触。

9、在机箱与电路地之间的每一层,要设置相同的“隔离区”; 如果可能,将间距保持在 0.64 毫米。

10、在卡的顶部和底部靠近安装孔的位置,每100mm沿机箱地和电路地用1.27mm宽的线连在一起。 在这些连接点附近,在底盘接地和电路接地之间放置了用于安装的焊盘或安装孔。 这些接地连接可以用刀片切断以保持开放,或者用磁珠/高频电容器跳跃。

11、如果电路板不放入金属盒或屏蔽装置中,电路板机箱地线的顶部和底部不能涂阻焊剂,这样它们就可以用作ESD电弧放电极。

12. 按照以下方式在电路周围设置一个环:

(1) 除边缘连接器和机箱外,整个环接外围。

(2)确保所有层的宽度大于2.5mm。

(3)孔每13mm连成一个环。

(4)将多层电路的环形地和公共地连接在一起。

(5) 对于安装在金属外壳或屏蔽装置中的双面板,环形地应连接到电路的公共地。 非屏蔽双面电路应接环形地,环形地不可涂助焊剂,使环形地起到ESD放电棒的作用,环形地上至少留0.5mm宽的间隙(所有层),这样就可以避免大循环。 信号走线距离环形地不应小于0.5mm。

在 ESD 可直接击中的区域,应在每条信号线附近铺设地线。

14. I/O 电路应尽可能靠近相应的连接器。

15、易受ESD影响的电路应放置在靠近电路中心的位置,以便其他电路对其提供一定的屏蔽作用。

16、通常在接收端放置串联电阻和磁珠,对于容易受到ESD影响的线缆驱动器,也可以考虑在驱动端放置串联电阻或磁珠。

17、瞬态保护器通常放置在接收端。 使用短粗线(小于 5x 宽度,最好小于 3x 宽度)连接到机箱底板。 连接器的信号线和地线应直接连接到瞬变保护器,然后才能连接电路的其余部分。

18. 将滤波电容放置在连接器处或距离接收电路 25mm 以内。

(1) 使用短而粗的线连接机箱或接收电路(长度小于宽度的5倍,最好小于宽度的3倍)。

(2)信号线和地线先接电容,再接接收电路。

19. 确保信号线尽可能短。

20、当信号线长度大于300mm时,必须平行敷设地线。

21、保证信号线与对应回路之间的回路面积尽可能小。 对于较长的信号线,信号线和地线的位置应每隔几厘米改变一次,以减少环路面积。

22. 将来自网络中心的信号驱动到多个接收电路中。

23. 确保电源和地之间的环路面积尽可能小。 在 IC 芯片的每个电源引脚附近放置一个高频电容。

24. 在每个连接器的 80mm 范围内放置一个高频旁路电容器。

25. 在可能的情况下,用土地填充未使用的区域,以 60 毫米的间隔连接所有填充层。

26. 确保地面连接到任何大的地面填充区域(大约大于 25mm*6mm)的两个相对端。

27、当电源或地平面上的开孔长度超过8mm时,用细线连接开孔两侧。

28. 复位线、中断信号线或边沿触发信号线不要靠近PCB边缘。

29. 将安装孔与电路公共地连接或隔离。

(1)当金属支架必须与金属屏蔽装置或机箱配合使用时,应使用零欧姆电阻来实现连接。

(2) 确定安装孔的大小,以实现金属或塑料支架的可靠安装,在安装孔的顶部和底部使用大焊盘,底部焊盘不能使用阻焊剂,并确保底部焊盘不采用波峰焊工艺进行焊接。

30、受保护的信号电缆和未受保护的信号电缆不能平行布置。

应特别注意复位、中断和控制信号线的接线。

(1) 应使用高频滤波。

(2) 远离输入和输出电路。

(3) 远离电路板边缘。

32、PCB应插入机箱内,不要安装在开口位置或内部接缝处。

注意磁珠下方、焊盘之间的信号线走线,可能会接触到磁珠。 有些珠子导电性很好,可能会产生意想不到的导电路径。

如果一个机箱或主板要安装几块电路板,中间应该是对静电最敏感的电路板。