Leiterplattentechnisch - Praxiserfahrung im ESD-Design von Leiterplatten – wie Leiterplatten hochwertige Leiterplatten herstellen

Vor kurzem mache ich ESD-Tests von elektronischen Produkten. Aus den Testergebnissen verschiedener Produkte wird herausgefunden, dass diese ESD ein sehr wichtiger Test ist: Wenn die Leiterplatte nicht gut konstruiert ist, wenn statische Elektrizität eingeführt wird, verursacht dies einen Absturz des Produkts oder sogar der Komponenten. Schaden. In der Vergangenheit habe ich nur bemerkt, dass ESD die Komponenten beschädigen würde, aber ich hatte nicht erwartet, dass ich Elektronikprodukten genügend Aufmerksamkeit schenken würde.

ESD ist das, was wir oft elektrostatische Entladung nennen. Aus dem erlernten Wissen kann man wissen, dass statische Elektrizität ein natürliches Phänomen ist, das normalerweise durch Kontakt, Reibung, Induktion zwischen Elektrogeräten usw. erzeugt wird. Sie zeichnet sich durch langfristige Akkumulation und Hochspannung (die Tausende von Volt oder sogar Zehntausende von Volt statischer Elektrizität erzeugen kann) gekennzeichnet ist, niedrige Leistung, niedrigen Strom und kurze Einwirkzeit. Bei elektronischen Produkten, wenn das ESD-Design nicht gut entworfen ist, ist der Betrieb der elektronischen und elektrischen Produkte oft instabil oder sogar beschädigt.

Bei ESD-Entladungstests werden normalerweise zwei Methoden verwendet: Kontaktentladung und Luftentladung. Kontaktentladung ist die direkte Entladung der zu prüfenden Ausrüstung; Luftentladung wird auch indirekte Entladung genannt, die durch die Kopplung eines starken Magnetfeldes an benachbarte Stromschleifen erzeugt wird. Die Prüfspannung für diese beiden Tests ist im Allgemeinen 2KV-8KV, und die Anforderungen sind in verschiedenen Regionen unterschiedlich. Daher müssen wir vor dem Design zuerst den Markt für das Produkt herausfinden.

Die beiden oben genannten Situationen sind grundlegende Tests für elektronische Produkte, die aufgrund der Elektrifizierung des menschlichen Körpers oder aus anderen Gründen nicht funktionieren können, wenn der menschliche Körper mit elektronischen Produkten in Kontakt kommt. Die folgende Abbildung zeigt die Luftfeuchtigkeitsstatistiken einiger Regionen in verschiedenen Monaten des Jahres. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, hat Lasvegas das ganze Jahr über die geringste Luftfeuchtigkeit. Elektronische Produkte in diesem Bereich sollten dem ESD-Schutz besondere Aufmerksamkeit schenken.

Die Feuchtigkeitsbedingungen sind in verschiedenen Teilen der Welt unterschiedlich, aber gleichzeitig in einer Region, wenn die Luftfeuchtigkeit nicht die gleiche ist, ist die erzeugte statische Elektrizität auch unterschiedlich. Die folgende Tabelle enthält die gesammelten Daten, aus denen ersichtlich ist, dass die statische Elektrizität mit abnehmender Luftfeuchtigkeit zunimmt. Dies erklärt auch indirekt, warum die statischen Funken, die beim Ausziehen des Pullovers im Nordwinter entstehen, sehr groß sind.

Da statische Elektrizität eine so große Gefahr darstellt, wie schützen wir sie? Bei der Konstruktion des statischen Stromschutzes unternehmen wir normalerweise drei Schritte: verhindern, dass externe Ladungen in die Leiterplatte fließen und Schäden verursachen; verhindern, dass externe Magnetfelder die Leiterplatte beschädigen; Verhindern der Erzeugung elektrostatischer Felder Der Schaden.

Im eigentlichen Schaltungsdesign verwenden wir eine oder mehrere der folgenden Methoden für den elektrostatischen Schutz:

1. Lawinendioden für elektrostatischen Schutz.

Dies ist auch eine Methode, die häufig im Design verwendet wird. Ein typischer Ansatz ist, eine Lawinendiode parallel an der Schlüsselsignalleitung mit dem Boden zu verbinden.

Diese Methode besteht darin, die Lawinendiode zu verwenden, um schnell zu reagieren und die Klemmung zu stabilisieren, die die konzentrierte Hochspannung in kurzer Zeit verbrauchen kann, um die Leiterplatte zu schützen.

2. Verwenden Sie Hochspannungskondensatoren für den Schaltungsschutz.

Bei diesem Ansatz werden Keramikkondensatoren mit einer Widerstandsspannung von mindestens 1,5KV normalerweise in den I/O-Stecker oder die Position des Schlüsselsignals platziert, und die Verbindungsleitung ist so kurz wie möglich, um die Induktivität der Anschlussleitung zu reduzieren. Wenn ein Kondensator mit niedriger Widerstandsspannung verwendet wird, verursacht er Schaden am Kondensator und verliert seinen Schutz.

3. Verwenden Sie Ferritperlen für den Schaltungsschutz.

Ferritperlen können ESD-Strom sehr gut abschwächen und auch Strahlung unterdrücken. Bei zwei Problemen ist eine Ferritperle eine sehr gute Wahl.

4. Spark Gap Methode.

Diese Methode ist in einem Stück Material zu sehen. Die spezifische Methode besteht darin, dreieckiges Kupfer zu verwenden, wobei die Spitzen auf der aus Kupfer zusammengesetzten Mikrostreifen-Linienschicht zueinander ausgerichtet sind. Ein Ende des dreieckigen Kupfers ist mit der Signalleitung verbunden, und das andere ist das dreieckige Kupfer. Verbinden Sie sich mit dem Boden. Wenn es statische Elektrizität gibt, produziert es scharfe Entladung und verbraucht elektrische Energie.

5. Verwenden Sie die LC-Filtermethode, um die Schaltung zu schützen.

Der Filter, der aus LC besteht, kann die statische Hochfrequenz-Elektrizität vom Eintritt in den Stromkreis effektiv reduzieren. Die induktive Reaktanzcharakteristik des Induktors ist sehr gut, um Hochfrequenz-ESD am Eindringen in den Stromkreis zu hindern, während der Kondensator die Hochfrequenz-Energie des ESD zur Erde leitet. Gleichzeitig kann diese Art von Filter auch die Kante des Signals glätten und den HF-Effekt reduzieren, und die Leistung wurde in Bezug auf die Signalintegrität weiter verbessert.

6. Mehrschichtige Platte für ESD-Schutz.

Wenn die Mittel es zulassen, ist die Wahl eines mehrschichtigen Boards auch ein wirksames Mittel, um ESD zu verhindern. In der mehrschichtigen Platine, da es eine komplette Masseebene in der Nähe der Spur gibt, kann dies die ESD-Kopplung an die niederohmige Ebene schneller machen und dann die Rolle von Schlüsselsignalen schützen.

7. Die Schutzmethode, ein Schutzband an der Peripherie der Leiterplatte zu hinterlassen.

Diese Methode besteht in der Regel darin, Spuren um die Leiterplatte ohne Schweißschicht zu zeichnen. Wenn die Bedingungen es zulassen, schließen Sie die Leiterbahn an das Gehäuse an. Gleichzeitig ist zu beachten, dass die Spur keine geschlossene Schleife bilden kann, um keine Schleifenantenne zu bilden und größere Probleme zu verursachen.

8. Verwenden Sie CMOS-Geräte oder TTL-Geräte mit Klemmdioden für den Schaltungsschutz.

Diese Methode verwendet das Prinzip der Isolierung, um die Leiterplatte zu schützen. Da diese Geräte durch Klemmdioden geschützt sind, reduziert sich die Komplexität des Designs im eigentlichen Schaltungsdesign.

9. Entkopplungskondensatoren verwenden.

Diese Entkopplungskondensatoren müssen niedrige ESL- und ESR-Werte aufweisen. Bei niederfrequenten ESD reduzieren die Entkopplungskondensatoren die Schleifenfläche. Aufgrund der Wirkung seines ESL wird die Elektrolytfunktion geschwächt, die Hochfrequenzenergie besser filtern kann.

Kurz gesagt, obwohl ESD schrecklich ist und sogar ernsthafte Folgen haben kann, aber nur durch den Schutz der Stromversorgung und Signalleitungen auf der Schaltung, kann der ESD-Strom effektiv daran gehindert werden, in die Leiterplatte zu fließen. Unter ihnen sagte mein Chef oft "eine gute Erdung eines Brettes ist der König", ich hoffe, dieser Satz kann Ihnen auch den Effekt bringen, das Oberlicht zu brechen.