pcb設計的esd抑止準則

時間：2014-08-03 20:50:53

關鍵字： ESD PCB設計接地 TIMES

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[導讀]PCB 設計的ESD抑止準則PCB布線是ESD防護的一個關鍵要素，合理的PCB 設計可以減少故障檢查及返工所帶來的不必要成本。在PCB 設計中，由於采用了瞬態(tài)電壓抑止器(TVS)二極體來

PCB 設計的ESD抑止準則

PCB布線是ESD防護的一個關鍵要素，合理的PCB 設計可以減少故障檢查及返工所

帶來的不必要成本。在PCB 設計中，由於采用了瞬態(tài)電壓抑止器(TVS)二極體來抑止

因ESD 放電產生的直接電荷注入，因此PCB 設計中更重要的是克服放電電流產生的

電磁干擾(EMI)電磁場效應。本文將提供可以優(yōu)化ESD 防護的PCB 設計準則。

電路環(huán)路

電流通過感應進入到電路環(huán)路，這些環(huán)路是封閉的，并具有變化的磁通量。電流的幅度與環(huán)的面積成正比。較大的環(huán)路包含有較多的磁通量，因而在電路中感應出較強的電流。因此，必須減少環(huán)路面積。

最常見的環(huán)路如圖1 所示，由電源和地線所形成。在可能的條件下，可以采用具有電源及接地層的多層PCB 設計。多層電路板不僅將電源和接地間的回路面積減到最小，而且也減小了ESD 脈沖產生的高頻EMI 電磁場。

如果不能采用多層電路板，那麼用於電源線和接地的線必須連接成如圖2 所示的網格狀。網格連接可以起到電源和接地層的作用，用過孔連接各層的印制線，在每個方向上過孔連接間隔應該在6 厘米內。另外，在布線時，將電源和接地印制線盡可能靠近也可以降低環(huán)路面積，如圖3 所示。

減少環(huán)路面積及感應電流的另一個方法是減小互連器件間的平行通路，見圖4。

當必須采用長於30 厘米的信號連接線時，可以采用保護線，如圖5 所示。一個更好的辦法是在信號線附近放置地層。信號線應該距保護線或接地線層13 毫米以內。

如圖6 所示，將每個敏感元件的長信號線(>30 厘米)或電源線與其接地線進行交叉布置。交叉的連線必須從上到下或從左到右的規(guī)則間隔布置。

電路連線長度

長的信號線也可成為接收ESD 脈沖能量的天線，盡量使用較短信號線可以降低信號線作為接收ESD 電磁場天線的效率。

盡量將互連的器件放在相鄰位置，以減少互連的印制線長度。

地電荷注入

ESD 對地線層的直接放電可能損壞敏感電路。在使用TVS 二極體的同時還要使用一個或多個高頻旁路電容器，這些電容器放置在易損元件的電源和地之間。旁路電容減少了電荷注入，保持了電源與接地埠的電壓差。

TVS 使感應電流分流，保持TVS 鉗位元電壓的電位差。TVS及電容器應放在距被保護的IC 盡可能近的位置(見圖7)，要確保TVS 到地通路以及電容器管腳長度為最短，以減少寄生電感效應。

連接器必須安裝到PCB 上的銅鉑層。理想情況下，銅鉑層必須與PCB 的接地層隔離，通過短線與焊盤連接。

PCB 設計的其他準則

1. 避免在PCB 邊緣安排重要的信號線，如時鐘和重定信號等;

2. 將PCB 上未使用的部分設置為接地面;

3. 機殼地線與信號線間隔至少為4 毫米;

4. 保持機殼地線的長寬比小於5:1，以減少電感效應;

5. 用TVS 二極體來保護所有的外部連接;

保護電路中的寄生電感

TVS 二極體通路中的寄生電感在發(fā)生ESD 事件時會產生嚴重的電壓過沖。盡管使用了TVS 二極體，由於在電感負載兩端的感應電壓VL=L×di/dt，過高的過沖電壓仍然可能超過被保護IC 的損壞電壓閾值。

保護電路承受的總電壓是TVS 二極體鉗位元電壓與寄生電感產生的電壓之和，VT=VC+VL。一個ESD 瞬態(tài)感應電流在小於1ns 的時間內就能達到峰值(依據(jù)IEC 61000-4-2 標準)，假定引線電感為每英寸20nH，線長為四分之一英寸，過沖電壓將是50V/10A 的脈沖。經驗設計準則是將分流通路設計得盡可能短，以此減少寄生電感效應。

所有的電感性通路必須考慮采用接地回路，TVS 與被保護信號線之間的通路，以及連接器到TVS 器件的通路。被保護的信號線應該直接連接到接地面，若無接地面，則接地回路的連線應盡可能短。TVS 二極體的接地和被保護電路的接地點之間的距離應盡可能短，以減少接地平面的寄生電感。

最後，TVS 器件應該盡可能靠近連接器以減少進入附近線路的瞬態(tài)耦合。雖然沒有到達連接器的直接通路，但這種二次輻射效應也會導致電路板其他部分的工作紊亂。

防靜電超凈面料--導電纖維

導電纖維是防靜電超凈面料中的關鍵原料，它的性能好壞，一方面決定了面料的防靜電性能;另一方面也與面料的發(fā)塵量有關。導電纖維的發(fā)展迄今為止已經經歷了三個階段：第一階段是金屬纖維階段。金屬纖維導電性能好，耐熱、耐化學腐蝕。但對於紡織品而言，金屬纖維抱合力小，紡紗性能差，成品著色性差，手感差，因此只適用於織成T/C面料，在油田、化工廠等易燃、易爆行業(yè)做工作服用。第二階段是表面滲碳型有機導電纖維，其代表產品為 BASF公司Resistat。通過表面滲碳的方式將導電的碳粉加入到已成型的尼龍表面，其特點是表面電阻比較低，但導電的碳粉易受摩擦和洗滌等影響而從尼龍表面脫落，從而使面料的導電性能逐漸降低。同時，脫落下來的導電的碳粉既是潔凈室中的灰塵，又會對電子產品造成傷害。第三階段是復合紡絲型有機導電纖維(第二代有機導電纖維)，其代表產品為日本鍾紡公司的Belltron，特別是鍾紡公司最新開發(fā)的9R、BR系列。復合紡絲型有機導電纖維是將導電的碳粉與熔融狀的基體材料充分混合後，經特殊的噴絲孔與基體材料復合成纖，形成了雙組份的導電纖維。其產品特性表現(xiàn)為不會因為摩擦、洗滌而致使碳粒子脫落，具有良好的耐洗、抗彎曲、耐磨損等性能。目前國內生產防靜電超凈面料大部分選用的是BASF公司的Resistat，但在Class 10000以上的潔凈環(huán)境中，滲碳型纖維是不適用的，只能選用復合紡絲型導電纖維。如同樣是復合紡絲型導電纖維，比較其組織結構，碳與基體材料熔融混合後完整地包覆在纖維外層的(如Kanebo Belltron 9R1、BR1)導電纖維，因為具有最大的導電表面積，其導電性能最佳，也應成為防靜電超凈面料的首選。另外，導電纖維的孔數(shù)(D數(shù))以及導電纖維的并絲加工狀況也對導電纖維的性能有很大影響。同種結構的導電纖維，孔數(shù)越多，導電表面積越大，導電性能也就越強。同一種導電纖維，在不同的設備上進行復合(并絲)其效果是不一樣的。在高倍放大鏡下我們可以看到有些防靜電超凈面料中導電絲浮在布面上，這是因為導電絲復合時張力控制不均勻造成的。浮在面上的導電絲很容易被勾斷，繼而會從面料中脫落，既影響導電性能，又破壞潔凈度。因此，應盡可能選擇原廠并絲的導電纖維。[!--empirenews.page--]

各種具有防靜電功能面料的特點

防靜電,潔凈面料

也叫"導電綢"，采用滌綸為主體，專用滌綸長絲與高性能永久性導電纖維經特殊工藝織造而成，經向嵌織或經、緯向嵌織導電纖維。用此種面料經特殊縫紉工藝制成的服裝具有優(yōu)良的防靜電防塵性能，具有高效、永久的防靜電、防塵性能和柔軟、薄滑、織紋清晰的特點，主要用於制作防塵服裝、防靜電服裝，達到電暈放電或泄漏放電效果，不同規(guī)格的面料適應於不同防靜電或潔凈環(huán)境中，例如100D×100D條導電綢適用于1萬級-30萬級潔凈要求環(huán)境75D×100D小方格，75D×75D小方格;75D×75D條適用於1000級無塵環(huán)境要求。

適用范圍：應用醫(yī)療、制藥、食品、精密儀器、航空航太等對靜電比較敏

感和對潔凈度要求較高的行業(yè)。

執(zhí)行標準：GB12059-89

帶電荷量：<0.6μC/件

導電絲規(guī)格：10MM條紋5MM條紋10MM網格5MM網格2.5MM網格

防靜電超凈面料

采用專用滌綸長絲，經向緯向嵌織導電纖維，經特殊工藝加工制成，不僅有優(yōu)良的防靜電功能，還可有效防止織物纖維脫落，以及微細粉塵顆粒從織物縫隙中的滲出，并具有不受環(huán)境影響(耐高溫)、化學性能穩(wěn)定(耐洗滌)等特性。產品規(guī)格為68D×75D格，適用於10級到100級的潔凈室廣泛應用微電子、光電，精密儀器、航空航太等對靜電比較敏感和對潔凈度要求較高的行業(yè)。

執(zhí)行標準：GB12059-89

帶電荷量：<0.6μC/件

防靜電針織面料

利用系列導電纖維與專用滌綸長絲經針織加工而成。防靜電針織面料不僅能消除靜電而且不發(fā)塵，還兼有普通針織面料透氣、保暖、手感舒適的特性，是新一代符合人體健康要求的防靜電面料。

適用范圍：常用於加工防靜電手套、防靜電內衣。

防靜電防塵面料

在滌綿短纖細支紗面料中等間距織入導電纖維(間距1.2cm)，經特殊工藝整理而成，其織物密度大於普通織物，具有防靜電、防燃爆的功能。此種面料結實耐磨、柔軟舒適、吸濕透氣，可加工成各種

高檔防靜電棉工作服，適用于儲運、化工、煤氣、石油、煤礦、海運、宇航、軍工等易燃易爆的作業(yè)環(huán)境。

執(zhí)行標準:GB12056-2000

除塵效率:≥95%

沾塵量:≤150

帶電荷量:<0.6μC/件