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怎么降低PCB的ESD风险

时间:2017/4/25 8:50:13

问题描述:PCB设计中,对于静电的防护,一般采用隔离、增强单板静电免疫力和采用保护电路三项措施来进行设计。 对于PCB上的静电敏感元器件,在布局时要考虑其布局在远离干扰的地方,特别是离静电放电源越远越好,还有就是电气隔离,金属外壳; 增强免疫能力,在面积允许的情况下,可以在PCB板周围设计接地防护环,可以参考CompactPCI规范。大面积地层、电源层,对于信号层,一定要紧靠电源或者地层,保证信号回路最短,对于干扰源高频电路等,可以局部屏蔽或者单板整体屏蔽,在电源、地脚附近加不同频率的滤波电容,集成电路的电源和地之间加去耦电容,信号线上有选择的加一些容值合适的电容或者串联阻值合适的电阻。 在PCB中使用电压瞬变抑制器TVS或者TransZorb二极管都是很好的设计。 对于解决EDS,要从系统的角度考虑问题,可以参考下 清华大学的《PCB电磁兼容技术设计实践》一书,希望对你有所帮助。

回答(1).ESD的意思是“静电释放”的意思,它是英文:Electro-Static discharge 的缩写 ESD知识介绍 静电是一种客观的自然现象,产生的方式多种,如接触、摩擦等。静电的特点是高电压、低电量、小电流和作用时间短的特点。 人体自身的动作或与其他物体的接触,分离,摩擦或感应等因素,可以产生几千伏甚至上万伏的静电。 静电在多个领域造成严重危害。摩擦起电和人体经典是电子工业中的两大危害。 生产过程中静电防护的主要措施为静电泄露、耗散、中和、增湿,屏蔽与接地。 人体静电防护系统主要有防静电手腕带,脚腕带,工作服、鞋袜、帽、手套或指套等组成,具有静电泄露,中和与屏蔽等功能。 静电防护工作是一项长期的系统工程,任何环节的失误或疏漏,都将导致静电防护工作的失败。 静电的危害: 静电在我们的日常生活中可以说是无处不在,我们的身上和周围就带有很高的静电电压,几千伏甚至几万伏。平时可能体会不到,人走过化纤的地毯静电大约是35000伏,翻阅塑料说明书大约7000伏,对于一些敏感仪器来讲,这个电压可能会是致命的危害。 静电学主要研究静电应用技术,如静电除尘、静电复印、静电生物效应等。更主要的是静电防护技术,如电子工业、石油工业、兵器工业、纺织工业、橡胶工业以及兴航与军事领域的静电危害,寻求减少静电造成的损失 近年来随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂,静电放电的电磁场效应如电磁干扰(EMI)及电磁兼容性(EMC)问题,已经成为一个迫切需要解决的问题。一方面,一些电阻率很高的高分子材料如塑料,橡胶等的制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化, 使得静电能积累到很高的程度,另一方面,静电敏感材料的生产和使用, 如轻质油品, 火药, 固态电子器件等, 工矿企业部门受静电的危害也越来越突出,静电危害造成了相当严重的后果和损失。它可以在不经意间将昂贵的电子器件击穿,造成电子工业年损失达上百亿美元。在兴航工业,静电放电造成火箭和卫星发射失败,干扰兴航飞行器的运行。1967年7月29日,美国Forrestal航空母舰上发生严重事故,一家A4飞机上的导弹突然点火,造成了7200万美元的损失,并损伤了134人,调查结果是导弹屏蔽接头不合格,静电引起了点火。1969年底在不到一个月的时间内荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发生爆炸。 我国近年来在石化企业曾发生30多起因静电造成了严重火灾爆炸事故。许多工业发达国家都建立了静电研究机构,我国从60年代末开始开展了一些静电研究工作,80年代开始以来, 我国的静电研究发展极为迅速。1981年成立了中国物理学会静电专业委员会并召开了第一次全国静电学术会议,全国性的和各地方的静电学术会议不断召开,静电研究和应用的范围也越来越广,科研队伍不断壮大。 二.什么是ESD? 简言之,ESD就是电荷的快速中和,电子工业每年花在这上面的费用有数十亿美元之多。我们知道所有的物质都由原子构成,原子中有电子和质子。当物质获得或失去电子时,它将失去电平衡而变成带负电或正电,正电荷或负电荷在材料表面上积累就会使物体带上静电。电荷积累通常因材料互相接触分离而产生,也可由摩擦引起,称为摩擦起电。 有许多因素会影响电荷的积累,包括接触压力、摩擦系数和分离速度等。静电电荷会不断积累,直到造成电荷产生的作用停止、电荷被泄放或者达到足够的强度可以击穿周围物质为止。电介质被击穿后,静电电荷会很快得到平衡,这种电荷的快速中和就称为静电放电。由于在很小的电......

回答(2).通常说的EMS主要包括两个部分:一个部分是EMI,即发射部分,是产品对电网的干扰,通缩的讲就是产品对电网的影响;一个是EMS,即产品的抗扰度,干扰源来自外界。 ESD即静电抗扰度,需要解决的是产品对外界静电的抵抗能力。解决静电抗扰度,有两个方向:第一,将产品与静电隔离,在产品外增加屏蔽层,保护产品;第二,为产品提供良好的接地,有效的疏导静电流向大地,尤其是薄弱的部分。

回答(3).ESD过程是处于不同电势的物体之间的静电电荷转移过程,其强烈程度受电量大小及物体间距的影响。自然界的雷电是强对流气候下典型的ESD现象,瞬间所释放的巨大能量,能将雷电所经过的空气电离,使空气变成阻值很低的导电通道,形成极强的电流和高温,其破坏力不可小觊。 日常生活中的ESD现象频繁地发生着,ESD对电脑的损害,其严重程度与静电电压高低和能量大小有关。如果能量较小,则只能将元件击穿,电压消失后,器件性能仍能恢复到原始状态。如果能量较大,在击穿后接着形成大电流对元件形成永久性损害,如晶体管元件结电阻降低、漏电流增大,薄膜电阻器局部介质击穿而发生阻值漂移等。ESD的危害有一定偶然性,不见得每一次都造成元件彻底报废,多数情况下仅表现为稳定性降低。 ESD损害的严重程度还与元件对静电的敏感度有关。 三、设计和制造中的防静电措施 芯片制造工艺按摩尔定律不断进步,低电压、微功耗、高集成度技术给我们带来更新的产品,而ESD对电脑的危害性也随之增长,可以说ESD对摩尔定律继续有效将会是一个障碍,这是业界不愿看到但又不得不面对的严重问题。在电子行业中,防静电技术已经成为一个热门技术,防静电产品的研发和制造已经发展为一个独立的产业。 ESD防护是一个系统工程,在设计和制造阶段,可从三个方面着手:一是要防止电脑本身因产生强静电感应而自我损伤,如增加屏蔽和隔离措施、通过增大PCB接地面积改善电荷泄漏通路等;二是要选择ESD特性好的芯片,不同厂家的同一种芯片性能也会有所不同,在芯片说明中一般都会提及;三是增设ESD保护电路,抵御外来静电。 1.芯片的防静电设计 随着芯片速度的提高,为了缩短引脚长度而减少信号串扰,CPU等超大规模IC芯片的封装越来越多地采用倒装芯片(flip chip),倒装 芯片通常面积较大,而厚度很薄,这样芯片自身成了一个巨大的电容器,使得芯片可能携带大量静电电荷Q(=C×V)。 其次,CPU、GPU及北桥芯片上的金属盖以及散热片,是个惹是生非的祸根。诺大的金属体无异于一个静电接收天线,极易吸附芯片周围 的电场,以及芯片附近导线上的电荷,对芯片安全构成威胁。 综合上述两种不利因素,芯片的防静电设计主要从下面两个途径实现,一是采用紧密型设计技术,尽可能缩小IC核心和I/O的尺寸,以降低寄生电容;二是采用分割器件设计的后端镇流(BEB)、整合的镇流电路(MBC)版图设计以及多触点电路设计(MFT)等,各放电通道形成相互并联的网络,使得芯片总体等效电阻值很小,放电能力很强。 2.整机的屏蔽与接地设计 在电脑生产车间,地板、制造设备、测试仪器、芯片周转箱、库房等均为防静电设计,就连操作者也要身穿防静电服、戴上防静电手 套。但是,电脑在应用过程中,ESD还是有许多的可乘之机。为了避免感应静电的危害,需要对整机进行屏蔽和接地。 电脑的金属机箱是屏蔽静电的重要措施,良好的接地措施可使电脑受静电危害的几率大大降低。机箱中的主板、接口卡,软驱、硬盘、光驱等设备,以及包裹在信号线外面的金属屏蔽网,均通过机箱连接成一个整体,然后再通过电源地线接入大地,这样不仅可以消除外来的感应静电,也可以消除设备自身所产生的摩擦静电。 当然,前提是各部件之间应该接触良好。所以,为保证部件充分接触,机箱上设置有各种弹 性触点或弹性接触片 3.接口电路中植入ESD保护器 芯片是最容易被ESD损坏的器件,因此成为电脑中的重点保护对象。而接口电路位于板卡电路的外围,是抵御ESD的一道防线。在电脑 的各个接口处接入ESD防护器件,使静电在防护器件上释放掉,可避免静电向电......

回答(4).随着现在信息技术的快速发展,电子元器件的芯片的集成度越来越高。iNTEL公司的奔腾4中央处理器芯片内有四千多个晶体管,采用0.18微米电路,运算速度成倍提高的同时,静电所带来的问题也日益突出。随着半导体先进工艺进入深亚微米,纳米结点后,静电放电对芯片的威胁变得更加明显。生产芯片的厂家对防静电提出更高的要求。 每一颗芯片内部都需要静电防护,然而并不是每家芯片设计公司都有静电防护专家。也许您在设计过程中根本没有仔细考虑ESD防护问题,最后产品测试也通过了,但是潜在的ESD问题会造成芯片潜在的失效(在客户端)。所以我强烈建议在项目前期就要有ESD的设计规划。 芯片设计师通常在芯片上对连接区增加输入防护。这些输入防护网络对基片提供了一个安全短路(通常是对地),以便芯片将不会被因放电而产生的高电压或大电流所破坏。这种技术已被证实对于限制封装半导体器件对ESD的敏感度十分有效。 人体是主要的静电源之一,芯片生产车间人员和设备都需要有更严格的静电防护措施。 接触芯片的操作人员须佩带防静电手腕带、防静电服、防静电鞋等必备静电防护工具,定期作培训。

回答(5).可以学习电路设计基本原理,总结的话有很多条经验,比如中心敏感,多层接地,转角优化等等,可以根据你所需要设计的PCB类型去查相应的资料,还有使用ESD管防ESD。

回答(6).1 产品的结构设计 如果将释放的静电看成是洪水的话,那么主要的解决方法与治水类似,就是“堵”和“疏”。如果我们设计的产品有一个理想的壳体是密不透风的,静电也就无从而入,当然不会有静电问题了。但实际的壳体在合盖处常有缝隙,而且许多还有金属的装饰片,所以一定要加以注意。 其一,用“堵”的方法。尽量增加壳体的厚离,即增加外壳到电路板之间的距离,或者通过一些等效方法增加壳体气隙的距离,这样可以避免或者大大减少ESD的能量强度。 通过结构的改进,可以增大外壳到内部电路之间气隙的距离从而使ESD的能量大大减弱。根据经验,8kV的ESD在经过4mm的距离后能量一般衰减为零。 其二,用“疏”的方法,可以用EMI油漆喷涂在壳体的内侧。EMI油漆是导电的,可以看成是一个金属的屏蔽层,这样可以将静电导在壳体上;再将壳体与PCB(Printed Circuit Board)的地连接,将静电从地导走。这样处理的方法除了可以防止静电,还能有效抑制EMI的干扰。如果有足够的空间,还可以用一个金属屏蔽罩将其中的电路保护起来,金属屏蔽罩再连接PCB的GND。 总之,ESD设计壳体上需要注意很多地方,首先是尽量不让ESD进入壳体内部,最大限度地减弱其进入壳体的能量。对于进入壳体内部的ESD尽量将其从GND导走,不要让其危害电路的其它部分。壳体上的金属装饰物使用时一定要小心,因为很可能带来意想不到的结果,需要特别注意。 2 产品的PCB设计 现在产品的PCB(Printed Circuit Board)都是高密度板,通常为4层板。随着密度的增加,趋势是使用6层板,其设计一直都需要考虑性能与面积的平衡。一方面,越大的空间可以有更多的空间摆放元器件,同时,走线的线宽和线距越宽,对于EMI、音频、ESD等各方面性能都有好处。另一方面,数码产品设计的小巧又是趋势与需要。所以,设计时需要找到平衡点。就ESD问题而言,设计上需要注意的地方很多,尤其是关于GND布线的设计以及线距,很有讲究。有些产品中ESD存在很大的问题,一直找不到原因,通过反复研究与实验,发现是PCB设计中的出现的问题。 为此,这里总结了PCB设计中应该注意的要点: (1)PCB板边(包括通孔Via边界)与其它布线之间的距离应大于0.3mm; (2)PCB的板边最好全部用GND走线包围; (3)GND与其它布线之间的距离保持在0.2mm~0.3mm; (4)Vbat与其它布线之间的距离保持在0.2mm~0.3mm; (5)重要的线如Reset、Clock等与其它布线之间的距离应大于0.3mm; (6)大功率的线与其它布线之间的距离保持在0.2mm~0.3mm; (7)不同层的GND之间应有尽可能多的通孔(VIa)相连; (8)在最后的铺地时应尽量避免尖角,有尖角应尽量使其平滑。 3 产品的电路设计 在壳体和PCB的设计中,对ESD问题加以注意之后,ESD还会不可避免地进入到产品的内部电路中,尤其是以下一些端口:USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口,这些端口很可能将人体的静电引入内部电路中。所以,需要在这些端口中使用ESD防护器件。 以往主要使用的静电防护器件是压敏电阻和TVS器件,但这些器件普遍的缺点是响应速度太慢,放电电压不够精确,极间电容大,寿命短,电性能会因多次使用而变差。所以目前行业中普遍使用专业的“静电抑制器”来取代以往的静电防护器件 。“静电抑制器”是专......

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