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設計PCB時的抗靜電放電(ESD)方法

日期：2024-11-01 08:32
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摘要：
設計PCB時的抗靜電放電(ESD)方法
 
 
來自人體、環境甚至電子設備內部的靜電對於精密的半導體芯片會造成各種損傷，例如穿透元器件內部薄的絕緣層；損毀MOSFET和CMOS元器件的柵極；CMOS器件中的觸發器鎖死；短路反偏的PN結；短路正向偏置的PN結；熔化有源器件內部的焊接線或鋁線。為了消除靜電釋放(ESD)對電子設備的乾擾和破壞，需要采取多種技術手段進行防範。
　　在PCB板的設計當中，可以通過分層、恰當的布局布線和安裝實現PCB的抗ESD設計。在設計過程中，通過預測可以將絕大多數設計修改**於增減元器件。通過調整PCB布局布線，能夠很好地防範ESD。以下是一些常見的防範措施。
　　*儘可能使用多層PCB，相對於雙麵PCB而言，地平麵和電源平麵，以及排列緊密的信號線-地線間距能夠減小共模阻抗和感性耦合，使之達到雙麵PCB的1/10到1/100。儘量地將每一個信號層都緊靠一個電源層或地線層。對於頂層和底層表麵都有元器件、具有很短連接線以及許多填充地的高密度PCB，可以考慮使用內層線。
　　*對於雙麵PCB來說，要采用緊密交織的電源和地柵格。電源線緊靠地線，在垂直和水平線或填充區之間，要儘可能多地連接。一麵的柵格尺寸小於等於60mm，如果可能，柵格尺寸應小於13mm。
　　*確保每一個電路儘可能緊湊。
　　*儘可能將所有連接器都放在一邊。
　　*如果可能，將電源線從卡的中央引入，並遠離容易直接遭受ESD影響的區域。
　　*在引向機箱外的連接器(容易直接被ESD擊中)下方的所有PCB層上，要放置寬的機箱地或者多邊形填充地，並每隔大約13mm的距離用過孔將它們連接在一起。
　　*在卡的邊緣上放置安裝孔，安裝孔周圍用無阻焊劑的頂層和底層焊盤連接到機箱地上。
　　*PCB裝配時，不要在頂層或者底層的焊盤上塗覆任何焊料。使用具有內嵌墊圈的螺釘來實現PCB與金屬機箱/屏蔽層或接地麵上支架的緊密接觸。
　　*在每一層的機箱地和電路地之間，要設置相同的“隔離區”；如果可能，保持間隔距離為0.64mm。
　　*在卡的頂層和底層靠近安裝孔的位置，每隔100mm沿機箱地線將機箱地和電路地用1.27mm寬的線連接在一起。與這些連接點的相鄰處，在機箱地和電路地之間放置用於安裝的焊盤或安裝孔。這些地線連接可以用刀片劃開，以保持開路，或用磁珠/高頻電容的跳接。
　　*如果電路板不會放入金屬機箱或者屏蔽裝置中，在電路板的頂層和底層機箱地線上不能塗阻焊劑，這樣它們可以作為ESD電弧的放電極。
　　*要以下列方式在電路周圍設置一個環形地：
　　(1)除邊緣連接器以及機箱地以外，在整個外圍四周放上環形地通路。
　　(2)確保所有層的環形地寬度大於2.5mm。
　　(3)每隔13mm用過孔將環形地連接起來。
　　(4)將環形地與多層電路的公共地連接到一起。
　　(5)對安裝在金屬機箱或者屏蔽裝置裡的雙麵板來說，應該將環形地與電路公共地連接起來。不屏蔽的雙麵電路則應該將環形地連接到機箱地，環形地上不能塗阻焊劑，以便該環形地可以充當ESD的放**，在環形地(所有層)上的某個位置處至少放置一個0.5mm寬的間隙，這樣可以避免形成一個大的環路。信號布線離環形地的距離不能小於0.5mm。
　　*在能被ESD直接擊中的區域，每一個信號線附近都要布一條地線。
　　*I/O電路要儘可能靠近對應的連接器。
　　*對易受ESD影響的電路，應該放在靠近電路中心的區域，這樣其他電路可以為它們提供一定的屏蔽作用。
　　*通常在接收端放置串聯的電阻和磁珠，而對那些易被ESD擊中的電纜驅動器，也可以考慮在驅動端放置串聯的電阻或磁珠。
　　*通常在接收端放置瞬態保護器。用短而粗的線(長度小於5倍寬度，*好小於3倍寬度)連接到機箱地。從連接器出來的信號線和地線要直接接到瞬態保護器，然後才能接電路的其他部分。
　　*在連接器處或者離接收電路25mm的範圍內，要放置濾波電容。
　　(1)用短而粗的線連接到機箱地或者接收電路地(長度小於5倍寬度，*好小於3倍寬度)。
　　(2)信號線和地線先連接到電容再連接到接收電路。
　　*要確保信號線儘可能短。
　　*信號線的長度大於300mm時，一定要平行布一條地線。
　　*確保信號線和相應回路之間的環路麵積儘可能小。對於長信號線每隔幾厘米便要調換信號線和地線的位置來減小環路麵積。
　　*從網絡的中心位置驅動信號進入多個接收電路。
　　*確保電源和地之間的環路麵積儘可能小，在靠近集成電路芯片每一個電源管腳的地方放置一個高頻電容。
　　*在距離每一個連接器80mm範圍以內放置一個高頻旁路電容。
　　*在可能的情況下，要用地填充未使用的區域，每隔60mm距離將所有層的填充地連接起來。
　　*確保在任意大的地填充區(大約大於25mm×6mm)的兩個相反端點位置處要與地連接。
　　*電源或地平麵上開口長度超過8mm時，要用窄的線將開口的兩側連接起來。
　　*複位線、中斷信號線或者邊沿觸發信號線不能布置在靠近PCB邊沿的地方。
　　*將安裝孔同電路公地連接在一起，或者將它們隔離開來。
　　(1)金屬支架必須和金屬屏蔽裝置或者機箱一起使用時，要采用一個零歐姆電阻實現連接。
　　(2)確定安裝孔大小來實現金屬或者塑料支架的可靠安裝，在安裝孔頂層和底層上要采用大焊盤，底層焊盤上不能采用阻焊劑，並確保底層焊盤不采用波峰焊工藝進行焊接。
　　*不能將受保護的信號線和不受保護的信號線並行排列。
　　*要特彆注意複位、中斷和控製信號線的布線。
　　(1)要采用高頻濾波。
　　(2)遠離輸入和輸出電路。
　　(3)遠離電路板邊緣。
　　*PCB要插入機箱內，不要安裝在開口位置或者內部接縫處。
　　*要注意磁珠下、焊盤之間和可能接觸到磁珠的信號線的布線。有些磁珠導電性能相當好，可能會產生意想不到的導電路徑。
　　*如果一個機箱或者主板要內裝幾個電路板，應該將對靜電*敏感的電路板放在*中間。
 
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