pcb設(shè)計(jì)的esd抑止準(zhǔn)則

時(shí)間：2014-08-03 20:50:53

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[導(dǎo)讀]PCB 設(shè)計(jì)的ESD抑止準(zhǔn)則PCB布線是ESD防護(hù)的一個(gè)關(guān)鍵要素，合理的PCB 設(shè)計(jì)可以減少故障檢查及返工所帶來(lái)的不必要成本。在PCB 設(shè)計(jì)中，由於采用了瞬態(tài)電壓抑止器(TVS)二極體來(lái)

PCB 設(shè)計(jì)的ESD抑止準(zhǔn)則

PCB布線是ESD防護(hù)的一個(gè)關(guān)鍵要素，合理的PCB 設(shè)計(jì)可以減少故障檢查及返工所

帶來(lái)的不必要成本。在PCB 設(shè)計(jì)中，由於采用了瞬態(tài)電壓抑止器(TVS)二極體來(lái)抑止

因ESD 放電產(chǎn)生的直接電荷注入，因此PCB 設(shè)計(jì)中更重要的是克服放電電流產(chǎn)生的

電磁干擾(EMI)電磁場(chǎng)效應(yīng)。本文將提供可以優(yōu)化ESD 防護(hù)的PCB 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

電路環(huán)路

電流通過(guò)感應(yīng)進(jìn)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(yīng)出較強(qiáng)的電流。因此，必須減少環(huán)路面積。

最常見(jiàn)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(shè)計(jì)。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(chǎn)生的高頻EMI 電磁場(chǎng)。

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(wǎng)格狀。網(wǎng)格連接可以起到電源和接地層的作用，用過(guò)孔連接各層的印制線，在每個(gè)方向上過(guò)孔連接間隔應(yīng)該在6 厘米內(nèi)。另外，在布線時(shí)，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(yīng)電流的另一個(gè)方法是減小互連器件間的平行通路，見(jiàn)圖4。

當(dāng)必須采用長(zhǎng)於30 厘米的信號(hào)連接線時(shí)，可以采用保護(hù)線，如圖5 所示。一個(gè)更好的辦法是在信號(hào)線附近放置地層。信號(hào)線應(yīng)該距保護(hù)線或接地線層13 毫米以內(nèi)。

如圖6 所示，將每個(gè)敏感元件的長(zhǎng)信號(hào)線(>30 厘米)或電源線與其接地線進(jìn)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(zhǎng)度

長(zhǎng)的信號(hào)線也可成為接收ESD 脈沖能量的天線，盡量使用較短信號(hào)線可以降低信號(hào)線作為接收ESD 電磁場(chǎng)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(zhǎng)度。

地電荷注入

ESD 對(duì)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(shí)還要使用一個(gè)或多個(gè)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(yīng)電流分流，保持TVS 鉗位元電壓的電位差。TVS及電容器應(yīng)放在距被保護(hù)的IC 盡可能近的位置(見(jiàn)圖7)，要確保TVS 到地通路以及電容器管腳長(zhǎng)度為最短，以減少寄生電感效應(yīng)。

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(guò)短線與焊盤連接。

PCB 設(shè)計(jì)的其他準(zhǔn)則

1. 避免在PCB 邊緣安排重要的信號(hào)線，如時(shí)鐘和重定信號(hào)等;

2. 將PCB 上未使用的部分設(shè)置為接地面;

3. 機(jī)殼地線與信號(hào)線間隔至少為4 毫米;

4. 保持機(jī)殼地線的長(zhǎng)寬比小於5:1，以減少電感效應(yīng);

5. 用TVS 二極體來(lái)保護(hù)所有的外部連接;

保護(hù)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(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電壓過(guò)沖。盡管使用了TVS 二極體，由於在電感負(fù)載兩端的感應(yīng)電壓VL=L×di/dt，過(guò)高的過(guò)沖電壓仍然可能超過(guò)被保護(hù)IC 的損壞電壓閾值。

保護(hù)電路承受的總電壓是TVS 二極體鉗位元電壓與寄生電感產(chǎn)生的電壓之和，VT=VC+VL。一個(gè)ESD 瞬態(tài)感應(yīng)電流在小於1ns 的時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到峰值(依據(jù)IEC 61000-4-2 標(biāo)準(zhǔn))，假定引線電感為每英寸20nH，線長(zhǎng)為四分之一英寸，過(guò)沖電壓將是50V/10A 的脈沖。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是將分流通路設(shè)計(jì)得盡可能短，以此減少寄生電感效應(yīng)。

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

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

防靜電超凈面料--導(dǎo)電纖維

導(dǎo)電纖維是防靜電超凈面料中的關(guān)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(guān)。導(dǎo)電纖維的發(fā)展迄今為止已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段是金屬纖維階段。金屬纖維導(dǎo)電性能好，耐熱、耐化學(xué)腐蝕。但對(duì)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(jī)導(dǎo)電纖維，其代表產(chǎn)品為 BASF公司Resistat。通過(guò)表面滲碳的方式將導(dǎo)電的碳粉加入到已成型的尼龍表面，其特點(diǎn)是表面電阻比較低，但導(dǎo)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(dǎo)電性能逐漸降低。同時(shí)，脫落下來(lái)的導(dǎo)電的碳粉既是潔凈室中的灰塵，又會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品造成傷害。第三階段是復(fù)合紡絲型有機(jī)導(dǎo)電纖維(第二代有機(jī)導(dǎo)電纖維)，其代表產(chǎn)品為日本鍾紡公司的Belltron，特別是鍾紡公司最新開(kāi)發(fā)的9R、BR系列。復(fù)合紡絲型有機(jī)導(dǎo)電纖維是將導(dǎo)電的碳粉與熔融狀的基體材料充分混合後，經(jīng)特殊的噴絲孔與基體材料復(fù)合成纖，形成了雙組份的導(dǎo)電纖維。其產(chǎn)品特性表現(xiàn)為不會(huì)因?yàn)槟Σ?、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(guó)內(nèi)生產(chǎn)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(fù)合紡絲型導(dǎo)電纖維。如同樣是復(fù)合紡絲型導(dǎo)電纖維，比較其組織結(jié)構(gòu)，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(dǎo)電纖維，因?yàn)榫哂凶畲蟮膶?dǎo)電表面積，其導(dǎo)電性能最佳，也應(yīng)成為防靜電超凈面料的首選。另外，導(dǎo)電纖維的孔數(shù)(D數(shù))以及導(dǎo)電纖維的并絲加工狀況也對(duì)導(dǎo)電纖維的性能有很大影響。同種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電纖維，孔數(shù)越多，導(dǎo)電表面積越大，導(dǎo)電性能也就越強(qiáng)。同一種導(dǎo)電纖維，在不同的設(shè)備上進(jìn)行復(fù)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(dǎo)電絲浮在布面上，這是因?yàn)閷?dǎo)電絲復(fù)合時(shí)張力控制不均勻造成的。浮在面上的導(dǎo)電絲很容易被勾斷，繼而會(huì)從面料中脫落，既影響導(dǎo)電性能，又破壞潔凈度。因此，應(yīng)盡可能選擇原廠并絲的導(dǎo)電纖維。[!--empirenews.page--]

各種具有防靜電功能面料的特點(diǎn)

防靜電,潔凈面料

也叫"導(dǎo)電綢"，采用滌綸為主體，專用滌綸長(zhǎng)絲與高性能永久性導(dǎo)電纖維經(jīng)特殊工藝織造而成，經(jīng)向嵌織或經(jīng)、緯向嵌織導(dǎo)電纖維。用此種面料經(jīng)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(diǎn)，主要用於制作防塵服裝、防靜電服裝，達(dá)到電暈放電或泄漏放電效果，不同規(guī)格的面料適應(yīng)於不同防靜電或潔凈環(huán)境中，例如100D×100D條導(dǎo)電綢適用于1萬(wàn)級(jí)-30萬(wàn)級(jí)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(jí)無(wú)塵環(huán)境要求。

適用范圍：應(yīng)用醫(yī)療、制藥、食品、精密儀器、航空航太等對(duì)靜電比較敏

感和對(duì)潔凈度要求較高的行業(yè)。

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB12059-89

帶電荷量：<0.6μC/件

導(dǎo)電絲規(guī)格：10MM條紋5MM條紋10MM網(wǎng)格5MM網(wǎng)格2.5MM網(wǎng)格

防靜電超凈面料

采用專用滌綸長(zhǎng)絲，經(jīng)向緯向嵌織導(dǎo)電纖維，經(jīng)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(xì)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(xué)性能穩(wěn)定(耐洗滌)等特性。產(chǎn)品規(guī)格為68D×75D格，適用於10級(jí)到100級(jí)的潔凈室廣泛應(yīng)用微電子、光電，精密儀器、航空航太等對(duì)靜電比較敏感和對(duì)潔凈度要求較高的行業(yè)。

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB12059-89

帶電荷量：<0.6μC/件

防靜電針織面料

利用系列導(dǎo)電纖維與專用滌綸長(zhǎng)絲經(jīng)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(nèi)衣。

防靜電防塵面料

在滌綿短纖細(xì)支紗面料中等間距織入導(dǎo)電纖維(間距1.2cm)，經(jīng)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(jié)實(shí)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(chǔ)運(yùn)、化工、煤氣、石油、煤礦、海運(yùn)、宇航、軍工等易燃易爆的作業(yè)環(huán)境。

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):GB12056-2000

除塵效率:≥95%

沾塵量:≤150

帶電荷量:<0.6μC/件