PCB Tecnico - Esperienza pratica nella progettazione ESD di circuiti stampati: come i PCB producono PCB di alta qualità

Recentemente sto facendo test ESD di prodotti elettronici. Dai risultati dei test di diversi prodotti, si scopre che questo ESD è un test molto importante: se il circuito stampato non è ben progettato, quando viene introdotta l'elettricità statica, causerà il crash del prodotto o anche i componenti. Danni. In passato, ho notato solo che ESD avrebbe danneggiato i componenti, ma non mi aspettavo di prestare abbastanza attenzione ai prodotti elettronici.

ESD è quello che spesso chiamiamo scarica elettrostatica. Dalle conoscenze apprese, si può sapere che l'elettricità statica è un fenomeno naturale, che di solito viene generata attraverso contatto, attrito, induzione tra apparecchi elettrici, ecc. È caratterizzata da accumulo a lungo termine e alta tensione (che può generare migliaia di volt o addirittura decine di migliaia di volt di elettricità statica). bassa corrente e breve tempo di azione. Per i prodotti elettronici, se il design ESD non è ben progettato, il funzionamento dei prodotti elettronici ed elettrici è spesso instabile o addirittura danneggiato.

Durante le prove di scarico ESD vengono solitamente utilizzati due metodi: scarico a contatto e scarico dell'aria. Lo scarico del contatto è quello di scaricare direttamente l'apparecchiatura in prova; Lo scarico dell'aria è anche chiamato scarico indiretto, che è generato dall'accoppiamento di un forte campo magnetico a cicli di corrente adiacenti. La tensione di prova per queste due prove è generalmente 2KV-8KV e i requisiti sono diversi nelle regioni differenti. Pertanto, prima di progettare, dobbiamo prima capire il mercato per il prodotto.

Le due situazioni di cui sopra sono test di base per prodotti elettronici che non possono funzionare a causa dell'elettrificazione del corpo umano o per altri motivi quando il corpo umano entra in contatto con prodotti elettronici. La figura seguente mostra le statistiche sull'umidità dell'aria di alcune regioni in diversi mesi dell'anno. Si può vedere dalla figura che Lasvegas ha la minore umidità durante tutto l'anno. I prodotti elettronici in questo settore dovrebbero prestare particolare attenzione alla protezione ESD.

Le condizioni di umidità sono diverse in diverse parti del mondo, ma allo stesso tempo in una regione, se l'umidità dell'aria non è la stessa, anche l'elettricità statica generata è diversa. La tabella seguente riporta i dati raccolti, dai quali si può vedere che l'elettricità statica aumenta man mano che l'umidità dell'aria diminuisce. Questo spiega anche indirettamente il motivo per cui le scintille statiche generate quando si toglie il maglione nel nord inverno sono molto grandi.

Poiché l'elettricità statica è un pericolo così grande, come la proteggiamo? Quando progettiamo la protezione statica dell'elettricità, di solito prendiamo tre passi: impedire che le cariche esterne fluiscano nel circuito stampato e causino danni; impedire che i campi magnetici esterni danneggino il circuito; prevenire la generazione di campi elettrostatici Il danno.

Nella progettazione effettiva del circuito, useremo uno o più dei seguenti metodi per la protezione elettrostatica:

1. diodi valanghe per protezione elettrostatica.

Questo è anche un metodo spesso utilizzato nel design. Un approccio tipico è quello di collegare un diodo valanga al suolo in parallelo sulla linea del segnale chiave.

Questo metodo è quello di utilizzare il diodo valanga per rispondere rapidamente e avere la capacità di stabilizzare il serraggio, che può consumare l'alta tensione concentrata in breve tempo per proteggere il circuito stampato.

2. Utilizzare condensatori ad alta tensione per la protezione del circuito.

In questo approccio, condensatori ceramici con una tensione di resistenza di almeno 1,5KV sono solitamente posizionati nel connettore I/O o nella posizione del segnale chiave e la linea di collegamento è il più breve possibile per ridurre l'induttanza della linea di collegamento. Se viene utilizzato un condensatore con bassa tensione di resistenza, causerà danni al condensatore e perderà la sua protezione.

3. Utilizzare perle di ferrite per la protezione del circuito.

Le perle di ferrite possono attenuare molto bene la corrente ESD e possono anche sopprimere le radiazioni. Di fronte a due problemi, una perla di ferrite è una scelta molto buona.

4. Metodo Spark gap.

Questo metodo è visto in un pezzo di materiale. Il metodo specifico è quello di utilizzare rame triangolare con le punte allineate tra loro sullo strato di linea microstrip composto da rame. Un'estremità del rame triangolare è collegata alla linea di segnale, e l'altra è il rame triangolare. Collegati a terra. Quando c'è elettricità statica, produrrà una scarica acuta e consumerà energia elettrica.

5. Utilizzare il metodo del filtro LC per proteggere il circuito.

Il filtro composto da LC può efficacemente ridurre l'elettricità statica ad alta frequenza da entrare nel circuito. La caratteristica di reazione induttiva dell'induttore è molto buona per inibire ESD ad alta frequenza di entrare nel circuito, mentre il condensatore shunta l'energia ad alta frequenza dell'ESD al suolo. Allo stesso tempo, questo tipo di filtro può anche levigare il bordo del segnale e ridurre l'effetto RF e le prestazioni sono state ulteriormente migliorate in termini di integrità del segnale.

6. Multi-strato bordo per la protezione ESD.

Quando i fondi lo consentono, scegliere una scheda multistrato è anche un mezzo efficace per prevenire ESD. Nella scheda multistrato, poiché c'è un piano di terra completo vicino alla traccia, questo può rendere la coppia ESD al piano di bassa impedenza più rapidamente e quindi proteggere il ruolo dei segnali chiave.

7. Il metodo di protezione di lasciare un nastro protettivo alla periferia del circuito stampato.

Questo metodo è solitamente quello di disegnare tracce intorno al circuito stampato senza strato di saldatura. Quando le condizioni lo consentono, collegare la traccia alla custodia. Allo stesso tempo, va notato che la traccia non può formare un ciclo chiuso, in modo da non formare un'antenna loop e causare maggiori problemi.

8. Utilizzare dispositivi CMOS o dispositivi TTL con diodi di bloccaggio per la protezione del circuito.

Questo metodo utilizza il principio di isolamento per proteggere il circuito stampato. Poiché questi dispositivi sono protetti da diodi di bloccaggio, la complessità del design è ridotta nella progettazione effettiva del circuito.

9. Utilizzare condensatori di disaccoppiamento.

Questi condensatori di disaccoppiamento devono avere valori ESL e ESR bassi. Per ESD a bassa frequenza, i condensatori di disaccoppiamento riducono l'area del loop. A causa dell'effetto del suo ESL, la funzione elettrolitica è indebolita, che può filtrare meglio l'energia ad alta frequenza.

In breve, anche se ESD è terribile e può persino portare gravi conseguenze, ma solo proteggendo le linee di alimentazione e segnale sul circuito, la corrente ESD può essere efficacemente impedita di fluire nel PCB. Tra questi, il mio capo diceva spesso "una buona messa a terra di una tavola è il re", spero che questa frase possa anche portare l'effetto di rompere il lucernario.