淺談設計PCB時抗ESD的方法

來自人體、環境甚至電子裝置内部的靜電對于精密的半導體晶片會造成各種損傷,例如穿透元器件内部薄的絕緣層;損毀MOSFET和CMOS元器件的栅極;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;熔化有源器件内部的焊接線或鋁線。為了消除靜電釋放(ESD)對電子裝置的幹擾和破壞,需要采取多種技術手段進行防範。

本文引用位址： http://www.eepw.com.cn/article/256886.htm

　　在PCB闆的設計當中,可以通過分層、恰當的布局布線和安裝實作PCB的抗ESD設計。在設計過程中,通過預測可以将絕大多數設計修改僅限于增減元器件。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。

　　*盡可能使用多層PCB,相對于雙面PCB而言,地平面和電源平面,以及排列緊密的信号線-地線間距能夠減小共模阻抗和感性耦合,使之達到雙面PCB的 1/10到1/100。盡量地将每一個信号層都緊靠一個電源層或地線層。對于頂層和底層表面都有元器件、具有很短連接配接線以及許多填充地的高密度PCB,可以考慮使用内層線。

　　*對于雙面PCB來說,要采用緊密交織的電源和地栅格。電源線緊靠地線,在垂直和水準線或填充區之間,要盡可能多地連接配接。一面的栅格尺寸小于等于60mm,如果可能,栅格尺寸應小于13mm。

　　*確定每一個電路盡可能緊湊。

　　*盡可能将所有連接配接器都放在一邊。

　　*如果可能,将電源線從卡的中央引入,并遠離容易直接遭受ESD影響的區域。

　　*在引向機箱外的連接配接器(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,并每隔大約13mm的距離用過孔将它們連接配接在一起。

　　*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配接到機箱地上。

　　*PCB裝配時,不要在頂層或者底層的焊盤上塗覆任何焊料。使用具有内嵌墊圈的螺釘來實作PCB與金屬機箱/屏蔽層或接地面上支架的緊密接觸。

　　*在每一層的機箱地和電路地之間,要設定相同的“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沿機箱地線将機箱地和電路地用1.27mm寬的線連接配接在一起。與這些連接配接點的相鄰處,在機箱地和電路地之間放置用于安裝的焊盤或安裝孔。這些地線連接配接可以用刀片劃開,以保持開路,或用磁珠/高頻電容的跳接。

　　*如果電路闆不會放入金屬機箱或者屏蔽裝置中,在電路闆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定一個環形地：

　　(1)除邊緣連接配接器以及機箱地以外,在整個外圍四周放上環形地通路。

　　(2)確定所有層的環形地寬度大于2.5mm。

　　(3)每隔13mm用過孔将環形地連接配接起來。

　　(4)将環形地與多層電路的公共地連接配接到一起。

　　(5)對安裝在金屬機箱或者屏蔽裝置裡的雙面闆來說,應該将環形地與電路公共地連接配接起來。不屏蔽的雙面電路則應該将環形地連接配接到機箱地,環形地上不能塗阻焊劑,以便該環形地可以充當ESD的放電棒,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。信号布線離環形地的距離不能小于0.5mm。

　　*在能被ESD直接擊中的區域,每一個信号線附近都要布一條地線。

　　*I/O電路要盡可能靠近對應的連接配接器。

　　*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态保護器。用短而粗的線(長度小于5倍寬度,最好小于3倍寬度)連接配接到機箱地。從連接配接器出來的信号線和地線要直接接到瞬态保護器,然後才能接電路的其他部分。

　　*在連接配接器處或者離接收電路25mm的範圍内,要放置濾波電容。

　　(1)用短而粗的線連接配接到機箱地或者接收電路地(長度小于5倍寬度,最好小于3倍寬度)。

　　(2)信号線和地線先連接配接到電容再連接配接到接收電路。

　　*要確定信号線盡可能短。

　　*信号線的長度大于300mm時,一定要平行布一條地線。

　　*確定信号線和相應回路之間的環路面積盡可能小。對于長信号線每隔幾厘米便要調換信号線和地線的位置來減小環路面積。

　　*從網絡的中心位置驅動信号進入多個接收電路。

　　*確定電源和地之間的環路面積盡可能小,在靠近內建電路晶片每一個電源管腳的地方放置一個高頻電容。

　　*在距離每一個連接配接器80mm範圍以内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距離将所有層的填充地連接配接起來。

　　*確定在任意大的地填充區(大約大于25mm×6mm)的兩個相反端點位置處要與地連接配接。

　　*電源或地平面上開口長度超過8mm時,要用窄的線将開口的兩側連接配接起來。

　　*複位線、中斷信号線或者邊沿觸發信号線不能布置在靠近PCB邊沿的地方。

　　*将安裝孔同電路公地連接配接在一起,或者将它們隔離開來。

　　(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作連接配接。

　　(2)确定安裝孔大小來實作金屬或者塑膠支架的可靠安裝,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,并確定底層焊盤不采用波峰焊工藝進行焊接。

　　*不能将受保護的信号線和不受保護的信号線并行排列。

　　*要特别注意複位、中斷和控制信号線的布線。

　　(1)要采用高頻濾波。

　　(2)遠離輸入和輸出電路。

　　(3)遠離電路闆邊緣。

　　*PCB要插入機箱内,不要安裝在開口位置或者内部接縫處。

　　*要注意磁珠下、焊盤之間和可能接觸到磁珠的信号線的布線。有些磁珠導電性能相當好,可能會産生意想不到的導電路徑。

　　*如果一個機箱或者主機闆要内裝幾個電路闆,應該将對靜電最敏感的電路闆放在最中間。