PCB ESD防護(hù)設(shè)計(jì)的重要措施分析

ESD靜電防護(hù)對(duì)于電子產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。然而，很多電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中忽視了ESD防護(hù)，導(dǎo)致產(chǎn)品在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過(guò)程中受到靜電的損害，影響了產(chǎn)品的性能和壽命。本文將介紹提高ESD靜電防護(hù)的重要措施，特別是針對(duì)PCB的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)。

電源平面、接地平面和信號(hào)線的布局是PCB ESD防護(hù)設(shè)計(jì)的重要措施之一。前面已經(jīng)講述了多種有助于降低ESD對(duì)電路的破壞和影響的有效方法，但是PCB本身的布局也有助于提高系統(tǒng)的ESD保護(hù)作用。

靜電放電(ESD)理論研究的已經(jīng)相當(dāng)成熟，為了模擬分析靜電事件，前人設(shè)計(jì)了很多靜電放電模型。

常見的靜電模型有：人體模型(HBM)，帶電器件模型，場(chǎng)感應(yīng)模型，場(chǎng)增強(qiáng)模型，機(jī)器模型和電容耦合模型等。芯片級(jí)一般用HBM做測(cè)試，而電子產(chǎn)品則用IEC 6 1000-4-2的放電模型做測(cè)試。為對(duì) ESD 的測(cè)試進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，歐共體的 IEC 61000-4-2 已建立起嚴(yán)格的瞬變沖擊抑制標(biāo)準(zhǔn);電子產(chǎn)品必須符合這一標(biāo)準(zhǔn)之后方能銷往歐共體的各個(gè)成員國(guó)。

因此，大多數(shù)生產(chǎn)廠家都把 IEC 61000-4-2看作是 ESD 測(cè)試的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17626.2-1998)等同于I EC 6 1000-4-2。大多是實(shí)驗(yàn)室用的靜電發(fā)生器就是按 IEC 6 1000-4-2的標(biāo)準(zhǔn)，分為接觸放電和空氣放電。靜電發(fā)生器的模型如圖 1。放電頭按接觸放電和空氣放電分尖頭和圓頭兩種。

一、了解ESD靜電防護(hù)

首先，我們需要了解ESD靜電防護(hù)的基本概念和重要性。ESD，即靜電放電，是指由于摩擦、感應(yīng)或接觸而產(chǎn)生的靜電荷在兩個(gè)不同電位的物體之間轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。ESD對(duì)于電子產(chǎn)品的危害非常大，它會(huì)導(dǎo)致元器件損壞、電路板失效、數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題。因此，加強(qiáng)ESD靜電防護(hù)是保證電子產(chǎn)品可靠性和穩(wěn)定性的必要條件。

二、PCB ESD防護(hù)設(shè)計(jì)的重要措施

DCDC電源布局，在電壓輸出端經(jīng)過(guò)電感，旁路電容和儲(chǔ)能電容的布局如上圖，旁路電容C14、C13盡量靠近電感輸出，取電壓最好是經(jīng)過(guò)電容C12后取電。目的是電路可更好濾波，減少干擾。所有通過(guò)電源線、信號(hào)線上的高頻旁路電容都盡量就近接地，以減小進(jìn)入電路系統(tǒng)的ESD大電流，起到更好的吸收干擾的作用。復(fù)位線、恢復(fù)出廠信號(hào)線要盡可能短。因?yàn)樵介L(zhǎng)的走線就越難承受ESD能量，故元器件的布局盡可能湊近以減短走線長(zhǎng)度。若實(shí)在無(wú)法避免，線的兩邊盡量有地包裹，如圖2所示。(感謝關(guān)注微信公眾號(hào)：硬件筆記本)目的是減少其他信號(hào)干擾，避免受到干擾使芯片無(wú)故重啟。同時(shí)也可在電路上加電容或電阻，可增大內(nèi)阻，防止過(guò)大的干擾信號(hào)。

1. 選擇適當(dāng)?shù)脑骷筒牧?

選擇適當(dāng)?shù)脑骷筒牧鲜荅SD防護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。首先，要選擇經(jīng)過(guò)ESD認(rèn)證的元器件，這些元器件具有良好的靜電防護(hù)性能。其次，要選擇具有導(dǎo)電或耗散性質(zhì)的表面材料，如金屬、碳纖維等，以減少靜電荷的積累。

2. 增加接地設(shè)計(jì)

接地是ESD防護(hù)設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán)。通過(guò)將電路板上的地線連接至大地，可以將靜電荷迅速導(dǎo)走，避免靜電荷在電路板上積累。同時(shí)，要確保地線寬度足夠，以降低地線電阻。

3. 安裝防靜電元件

在電路中安裝適當(dāng)?shù)姆漓o電元件，如TVS管、壓敏電阻、二極管等，可以在靜電放電發(fā)生時(shí)快速泄放靜電荷，從而保護(hù)電路板和元器件不受損壞。

4. 實(shí)施隔離措施

對(duì)于容易受到靜電干擾的電路部分，可以采用隔離措施，如加裝磁珠、電容器等元件，以隔離不同電路之間的靜電干擾。

5. 加強(qiáng)員工培訓(xùn)和管理

在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中，員工的操作和管理對(duì)于ESD防護(hù)至關(guān)重要。要加強(qiáng)員工培訓(xùn)，使其掌握正確的操作流程和ESD防護(hù)知識(shí)。同時(shí)，建立完善的防靜電管理制度，確保員工在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定。

三、總結(jié)與建議

提高ESD靜電防護(hù)是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中的一項(xiàng)重要任務(wù)。針對(duì)PCB的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)，我們應(yīng)從選擇適當(dāng)?shù)脑骷筒牧稀⒃黾咏拥卦O(shè)計(jì)、安裝防靜電元件、實(shí)施隔離措施和加強(qiáng)員工培訓(xùn)和管理等方面入手，全面提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，企業(yè)應(yīng)建立完善的防靜電管理制度，確保員工在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定，從而最大限度地減少ESD對(duì)電子產(chǎn)品的損害。