PCB 뉴스 - PCB 설계의 ESD 억제 방법

PCB 경로설정은 ESD 보호의 핵심 요소입니다.합리적인 PCB 설계를 통해 문제 해결 및 재작업으로 인한 불필요한 비용을 줄일 수 있습니다.PCB 설계에서는 순간전압억제기(TVS) 다이오드가 ESD 방전으로 인한 직접 전하 주입을 억제하는 데 사용되기 때문에 PCB 설계 시 방전 전류에 의한 전자기 간섭(EMI) 전자기장 효과를 극복하는 것이 더 중요하다.이 문서에서는 ESD 보호를 최적화할 수 있는 PCB 설계 가이드를 제공합니다.

회로 전류는 감응을 통해 회로로 들어간다.이러한 회로는 닫혀 있으며 변경된 자기 트래픽이 있습니다.전류의 크기는 고리의 면적과 정비례한다.더 큰 회로는 더 많은 자기 통로를 포함하기 때문에 회로에서 더 강한 전류를 감지한다.따라서 루프 면적을 줄여야 합니다.

가장 일반적인 회로는 그림 1과 같이 전원 및 접지로 구성됩니다.가능한 경우 전원 및 접지 평면이 있는 다중 레벨 PCB 설계를 사용할 수 있습니다.다층 회로기판은 전원과 땅 사이의 루프 면적을 최소화할 뿐만 아니라 ESD 펄스에서 발생하는 고주파 EMI 전자기장도 감소시킨다.

다중 계층 회로 기판을 사용할 수 없는 경우 그림 2와 같이 전원 공급 장치와 접지에 사용되는 전선이 전력망에 연결되어야 합니다.전력망 연결은 전력과 접지층의 역할을 할 수 있다.구멍을 사용하여 각 층의 인쇄 회선을 연결합니다.각 방향의 오버홀 사이의 간격은 6cm 이내여야 합니다. 또한 케이블을 연결할 때 전원과 접지적선을 가능한 한 가까이 배치해도 루프 면적을 줄일 수 있습니다.

루프 면적과 감지 전류를 줄이는 또 다른 방법은 상호 연결 부품 간의 병렬 경로를 줄이는 것입니다.

그림 5와 같이 길이 30cm가 넘는 신호 연결선을 사용해야 할 경우 보호선을 사용할 수 있습니다.더 나은 방법은 신호선 근처에 접지 평면을 배치하는 것입니다.신호선은 보호선이나 접지선 층의 13mm 범위 내에 있어야 한다.

그림 6에서 볼 수 있듯이 각 민감한 부품의 긴 신호선 (> 30cm) 또는 전원 코드는 해당 지선과 교차하여 배열됩니다.교차선은 위에서 아래로 또는 왼쪽에서 오른쪽으로 규칙 간격으로 정렬해야 합니다.

회로 배선 길이가 긴 신호선도 ESD 펄스 에너지를 받는 안테나가 될 수 있다.가능한 한 짧은 신호선을 사용하여 ESD 전자장을 수신하는 안테나로서 신호선의 효율을 낮춥니다.상호 연결 부품을 인접 위치에 배치하여 상호 연결 흔적의 길이를 줄이려고 시도합니다.

지면 전하 주입

ESD 도킹 지층의 직접 방전은 민감한 회로를 손상시킬 수 있습니다.TVS 다이오드를 사용하는 동시에 하나 이상의 고주파 바이패스 콘덴서를 사용합니다.이러한 콘덴서는 손상되기 쉬운 부품의 전원과 접지 사이에 배치됩니다.바이패스 콘덴서는 전하 주입을 줄이고 전원과 접지 단자 사이의 전압 차이를 유지한다.

TVS는 감응 전류를 분류하고 TVS 비트 전압의 전세차를 유지한다.TVS와 콘덴서는 가능한 한 보호된 IC (그림 7 참조) 에 접근해야 하며, TVS 접지 경로의 길이와 콘덴서 핀의 길이는 기생 감지 효과를 줄이기 위해 가장 짧아야 한다.

커넥터는 PCB 보드의 구리 백금 레이어에 설치해야 합니다.이상적으로 구리-백금 레이어는 PCB의 접지 평면과 분리되어 짧은 컨덕터를 통해 용접 디스크에 연결되어야합니다.

PCB 설계의 다른 지침은 PCB 보드의 가장자리에 시계 및 재설정 신호와 같은 중요한 신호선을 배치하지 않습니다.PCB 보드에서 사용하지 않는 부분을 접지 평면으로 설정합니다.섀시 접지선과 신호선 사이의 거리는 최소 4mm입니다.섀시 접지선의 종횡비를 5: 1 미만으로 유지하여 센싱 효과를 줄입니다.TVS 다이오드를 사용하여 모든 외부 연결을 보호합니다.보호 회로의 기생 감지 ESD 이벤트가 발생할 때 TVS 다이오드 경로의 기생 감지는 심각한 전압 과충을 초래할 수 있습니다.TVS 다이오드를 사용하지만 감지 부하 양쪽의 감지 전압 VL = L*di/dt 때문에 너무 큰 과충전 전압은 보호 IC의 손상된 전압 임계값을 초과할 수 있습니다.

보호 회로가 견디는 총 전압은 TVS 다이오드의 비트 전압과 기생 센싱에서 발생하는 전압을 합친 것으로, VT=VC+VL이다.ESD 순간 감지 전류는 IEC 61000-4-2 기준에 따라 1ns 미만의 시간 내에 최대치에 도달할 수 있습니다.지시선 감지가 인치당 20nH이고 회선 길이가 4분의 1인치이며 과전압 전압은 50V/10A 펄스라고 가정합니다.경험 설계 준칙은 분류 경로를 가능한 한 짧게 설계하여 기생 전기 감각의 영향을 줄이는 것이다.

모든 감지 경로는 접지 회로의 사용, TVS와 보호된 신호선 사이의 경로 및 커넥터에서 TVS 장치로의 경로를 고려해야 합니다.보호가 필요한 신호선은 접지 평면에 직접 연결되어야 합니다.접지 평면이 없으면 접지 회로의 연결은 가능한 한 짧아야 합니다.TVS 다이오드의 접지와 보호 회로의 접지 사이의 거리는 접지 평면의 기생 전기 감각을 줄이기 위해 가능한 한 짧아야 한다.

마지막으로 TVS 장치는 가능한 한 커넥터에 접근하여 인근 회선의 순간적 결합을 줄여야 한다.커넥터에 직접 도달하는 경로는 없지만 이러한 2차 방사선 효과는 회로 기판의 다른 부분의 작동 장애를 초래할 수도 있습니다.