PCB layout防范ESD的方法，你知道嗎？

什么是ESD?它有什么注意事項(xiàng)?ESD，字面意思就是靜電釋放。簡(jiǎn)單解釋的說(shuō)法，靜電是一種自然現(xiàn)象，通常通過(guò)接觸、摩擦、電器間感應(yīng)等方式產(chǎn)生，其特點(diǎn)是長(zhǎng)時(shí)間積聚、高電壓(可以產(chǎn)生幾千伏甚至上萬(wàn)伏的靜電)、低電量、小電流和作用時(shí)間短的特點(diǎn)。對(duì)于電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，PCB layout設(shè)計(jì)中如果ESD設(shè)計(jì)沒(méi)有設(shè)計(jì)好，常常造成電子電器產(chǎn)品運(yùn)行不穩(wěn)定。

ESD(靜電放電)對(duì)電子產(chǎn)品造成的破壞和損傷有突發(fā)性損傷和潛在性損傷兩種。所謂突發(fā)性損傷，指的是器件被嚴(yán)重?fù)p壞，功能喪失。這種損傷通常能夠在生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)中能夠發(fā)現(xiàn)，因此給工廠帶來(lái)的主要是返工維修的成本。而潛在性損傷指的是器件部分被損，功能尚未喪失，且在電路板生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)中不能發(fā)現(xiàn)，但在使用當(dāng)中會(huì)使產(chǎn)品變得不穩(wěn)定，時(shí)好時(shí)壞，因而對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)成更大的危害。

這兩種損傷中，潛在性失效占據(jù)了90%，突發(fā)性失效只占10%。也就是說(shuō)90%的靜電損傷是沒(méi)辦法檢測(cè)到，只有到了用戶手里使用時(shí)才會(huì)發(fā)現(xiàn)。手機(jī)出現(xiàn)的經(jīng)常死機(jī)、自動(dòng)關(guān)機(jī)、話音質(zhì)量差、雜音大、信號(hào)時(shí)好時(shí)差、按鍵出錯(cuò)等問(wèn)題有絕大多數(shù)與靜電損傷相關(guān)。也因?yàn)檫@一點(diǎn)，靜電放電被認(rèn)為是電子產(chǎn)品質(zhì)量最大的潛在殺手，靜電防護(hù)也成為電子產(chǎn)品質(zhì)量控制的一項(xiàng)重要內(nèi)容。而國(guó)內(nèi)外品牌手機(jī)使用時(shí)穩(wěn)定性的差異也基本上反映了他們?cè)陟o電防護(hù)及產(chǎn)品的防靜電設(shè)計(jì)上的差異。

PCB板這種電子產(chǎn)品，若研發(fā)技術(shù)上沒(méi)有問(wèn)題，一旦出現(xiàn)故障，多半與ESD靜電有關(guān)。眾所周知，ESD靜電無(wú)處不在，對(duì)于一些微小的電子元件，只要被靜電擊穿，那么整個(gè)生產(chǎn)線也將面臨崩潰。到底靜電對(duì)電子元件有什么樣的影響呢?

靜電的基本物理特性為以下三種：吸引或排斥，與大地有電位差，會(huì)產(chǎn)生放電電流。這 三種特性對(duì)電子元件的影響：

靜電吸附灰塵，降低元器件絕緣電阻，從而縮短元件壽命。

靜電放電或電流產(chǎn)生的熱，使元器件受到潛在損傷。

靜電放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)幅度很大且頻譜極寬，對(duì)電子器件造成干擾甚至損壞。

靜電放電破壞，使元器件受損壞不能工作。

由此可見(jiàn)，ESD靜電危害無(wú)法估量，企業(yè)應(yīng)做好全面防護(hù)工作以預(yù)防ESD靜電危害帶來(lái)的損失。

1、 盡可能使用多層PCB

相對(duì)于雙面PCB而言，地平面和電源平面，以及排列緊密的信號(hào)線-地線間距能夠減小共模阻抗和感性耦合，使之達(dá)到雙面PCB的1/10到1/100。盡量地將每一個(gè)信號(hào)層都緊靠一個(gè)電源層或地線層。對(duì)于頂層和底層表面都有元器件、具有很短連接線以及許多填充地的高密度PCB，可以考慮使用內(nèi)層線。

2、對(duì)于雙面PCB來(lái)說(shuō)，要采用緊密交織的電源和地柵格。

電源線緊靠地線，在垂直和水平線或填充區(qū)之間，要盡可能多地連接。一面的柵格尺寸小于等于60mm，如果可能，柵格尺寸應(yīng)小于13mm。

3、確保每一個(gè)電路盡可能緊湊。

4、盡可能將所有連接器都放在一邊。

5、在每一層的機(jī)箱地和電路地之間，要設(shè)置相同的“隔離區(qū)”;如果可能，保持間隔距離為0.64mm。

6、PCB裝配時(shí)，不要在頂層或者底層的焊盤(pán)上涂覆任何焊料。

使用具有內(nèi)嵌墊圈的螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)PCB與金屬機(jī)箱/屏蔽層或接地面上支架的緊密接觸。

7、如果可能，將電源線從卡的中央引入，并遠(yuǎn)離容易直接遭受ESD影響的區(qū)域。

8、在引向機(jī)箱外的連接器(容易直接被ESD擊中)下方的所有PCB層上，要放置寬的機(jī)箱地或者多邊形填充地，并每隔大約13mm的距離用過(guò)孔將它們連接在一起。

9、在卡的邊緣上放置安裝孔，安裝孔周?chē)脽o(wú)阻焊劑的頂層和底層焊盤(pán)連接到機(jī)箱地上。

10、在卡的頂層和底層靠近安裝孔的位置，每隔100mm沿機(jī)箱地線將機(jī)箱地和電路地用1.27mm寬的線連接在一起。與這些連接點(diǎn)的相鄰處，在機(jī)箱地和電路地之間放置用于安裝的焊盤(pán)或安裝孔。這些地線連接可以用刀片劃開(kāi)，以保持開(kāi)路，或用磁珠/高頻電容的跳接。

11、如果電路板不會(huì)放入金屬機(jī)箱或者屏蔽裝置中，在電路板的頂層和底層機(jī)箱地線上不能涂阻焊劑，這樣它們可以作為ESD電弧的放電極。

layout設(shè)計(jì)

12、要以下列方式在電路周?chē)O(shè)置一個(gè)環(huán)形地：

(1)除邊緣連接器以及機(jī)箱地以外，在整個(gè)外圍四周放上環(huán)形地通路。

(2)確保所有層的環(huán)形地寬度大于2.5mm。

(3)每隔13mm用過(guò)孔將環(huán)形地連接起來(lái)。

(4)將環(huán)形地與多層電路的公共地連接到一起。

(5)對(duì)安裝在金屬機(jī)箱或者屏蔽裝置里的雙面板來(lái)說(shuō)，應(yīng)該將環(huán)形地與電路公共地連接起來(lái)。不屏蔽的雙面電路則應(yīng)該將環(huán)形地連接到機(jī)箱地，環(huán)形地上不能涂阻焊劑，以便該環(huán)形地可以充當(dāng)ESD的放電棒，在環(huán)形地(所有層)上的某個(gè)位置處至少放置一個(gè)0.5mm寬的間隙，這樣可以避免形成一個(gè)大的環(huán)路。信號(hào)布線離環(huán)形地的距離不能小于0.5mm。

13、在能被ESD直接擊中的區(qū)域，每一個(gè)信號(hào)線附近都要布一條地線。

14、I/O電路要盡可能靠近對(duì)應(yīng)的連接器。

15、對(duì)易受ESD影響的電路，應(yīng)該放在靠近電路中心的區(qū)域，這樣其他電路可以為它們提供一定的屏蔽作用。

16、通常在接收端放置瞬態(tài)保護(hù)器。用短而粗的線(長(zhǎng)度小于5倍寬度，最好小于3倍寬度)連接到機(jī)箱地。從連接器出來(lái)的信號(hào)線和地線要直接接到瞬態(tài)保護(hù)器，然后才能接電路的其他部分。

17、通常在接收端放置串聯(lián)的電阻和磁珠，而對(duì)那些易被ESD擊中的電纜驅(qū)動(dòng)器，也可以考慮在驅(qū)動(dòng)端放置串聯(lián)的電阻或磁珠。

layout設(shè)計(jì)在連接器處或者離接收電路25mm的范圍內(nèi)，要放置濾波電容。

(1)用短而粗的線連接到機(jī)箱地或者接收電路地(長(zhǎng)度小于5倍寬度，最好小于3倍寬度)。

(2)信號(hào)線和地線先連接到電容再連接到接收電路。

18、layout設(shè)計(jì)時(shí)要確保信號(hào)線盡可能短。

19、信號(hào)線的長(zhǎng)度大于300mm時(shí)，一定要平行布一條地線。

20、確保信號(hào)線和相應(yīng)回路之間的環(huán)路面積盡可能小。對(duì)于長(zhǎng)信號(hào)線每隔幾厘米便要調(diào)換信號(hào)線和地線的位置來(lái)減小環(huán)路面積。

21、從網(wǎng)絡(luò)的中心位置驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)入多個(gè)接收電路。

22、在可能的情況下，要用地填充未使用的區(qū)域，每隔60mm距離將所有層的填充地連接起來(lái)。

23、確保電源和地之間的環(huán)路面積盡可能小，在靠近集成電路芯片每一個(gè)電源管腳的地方放置一個(gè)高頻電容。

24、在距離每一個(gè)連接器80mm范圍以內(nèi)放置一個(gè)高頻旁路電容。

25、復(fù)位線、中斷信號(hào)線或者邊沿觸發(fā)信號(hào)線不能布置在靠近PCB邊沿的地方。

26、確保在任意大的地填充區(qū)(大約大于25mm&mes;6mm)的兩個(gè)相反端點(diǎn)位置處要與地連接。

27、電源或地平面上開(kāi)口長(zhǎng)度超過(guò)8mm時(shí)，要用窄的線將開(kāi)口的兩側(cè)連接起來(lái)。

28、layout設(shè)計(jì)將安裝孔同電路公地連接在一起，或者將它們隔離開(kāi)來(lái)。

(1)金屬支架必須和金屬屏蔽裝置或者機(jī)箱一起使用時(shí)，要采用一個(gè)零歐姆電阻實(shí)現(xiàn)連接。

(2)確定安裝孔大小來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬或者塑料支架的可靠安裝，在安裝孔頂層和底層上要采用大焊盤(pán)，底層焊盤(pán)上不能采用阻焊劑，并確保底層焊盤(pán)不采用波峰焊工藝進(jìn)行焊接。

29、不能將受保護(hù)的信號(hào)線和不受保護(hù)的信號(hào)線并行排列。

30、layout設(shè)計(jì)要特別注意復(fù)位、中斷和控制信號(hào)線的布線。

(1)要采用高頻濾波。

(2)遠(yuǎn)離輸入和輸出電路。

(3)遠(yuǎn)離電路板邊緣。

31、PCB要插入機(jī)箱內(nèi)，不要安裝在開(kāi)口位置或者內(nèi)部接縫處。

32、要注意磁珠下、焊盤(pán)之間和可能接觸到磁珠的信號(hào)線的布線。有些磁珠導(dǎo)電性能相當(dāng)好，可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的導(dǎo)電路徑。

33、如果一個(gè)機(jī)箱或者主板要內(nèi)裝幾個(gè)電路板，應(yīng)該將對(duì)靜電最敏感的電路板放在最中間。以上就是PCB layout防范ESD的方法，希望能給大家?guī)椭?