Staattinen suojaus yhteisiä ongelmia ja ratkaisuja
Monikerroksinen PCB-valmistaja Kiinassa
Nykyaikaisten puolijohdelaitteiden mittakaava on yhä suurempi ja käyttöjännite alenee ja laskee, mikä johtaa puolijohdelaitteiden herkkyyteen ulkoisiin sähkömagneettisiin häiriöihin. ESD on kiinnittänyt yhä enemmän huomiota piirien aiheuttamiin häiriöihin, komponenttien vaurioitumiseen, CMOS-piireihin ja liitäntäpiireihin. Sähköisten laitteiden ESD on myös alkanut kirjoittaa kansallisiin ja kansainvälisiin standardeihin tärkeänä osana sähkömagneettista yhteensopivuutta koskevaa testausta.
Sähköstaattiset syyt ja niiden haitta
Kun staattista sähköä hierotaan kahdella aineella, joilla on eri dielektriset vakiot, positiiviset ja negatiiviset polaariset varaukset kertyvät kahteen spesifiseen kehoon. Kun kaksi esinettä on kosketuksessa, yksi niistä pyrkii houkuttelemaan elektroneja ja siten molemmat muodostavat erilaisia latausmahdollisuuksia. Ihmiskehon tapauksessa vaatteiden ja ihon välisen kitkan synnyttämä staattinen sähkö on yksi tärkeimmistä ihmisen kehon latauksen syistä.
Kun staattinen virtalähde on kosketuksessa muiden kohteiden kanssa, on latausvirtaus latauksen neutraloinnin mekanismin mukaisesti, joka siirtää tarpeeksi tehoa jännitteen siirtämiseksi. Nopean tehon siirron aikana syntyy potentiaalisia jännitteitä, virtoja ja sähkömagneettisia kenttiä. Vaikeissa tapauksissa esineet tuhoutuvat. Tämä on sähköstaattinen purkaus. Se on määritelty kansallisessa standardissa: Sähköstaattinen purkaus on erityinen sähköstaattisten potentiaalien (GB / T4365-1995) läheisyydestä tai suorasta kosketuksesta aiheutuva varauksen siirto, jota yleensä ilmaisee ESD. ESD voi aiheuttaa vakavia elektronisten laitteiden vaurioita tai toimintahäiriöitä.
Laitteen sähköstaattinen vaurio on sekä hallitseva että resessiivinen. Piilotetut vauriot eivät olleet näkyvissä tuolloin, mutta laite muuttui haavoittuvammaksi ja vaurioitui helposti ylipaineen ja korkean lämpötilan olosuhteissa.
ESD: n kaksi pääasiallista vikamekanismia ovat: ESD-virran tuottama lämpö aiheuttaa laitteen lämpövirheen; ESD: n aiheuttama liiallinen jännite aiheuttaa eristyksen. Molemmat vauriotyypit voivat esiintyä samanaikaisesti yhdessä laitteessa, esimerkiksi eristyskatkos voi herättää suuria virtoja, mikä puolestaan johtaa termiseen vikaantumiseen.
Piirin aiheuttamien vaurioiden lisäksi sähköstaattinen purkaus on myös erittäin helppo aiheuttaa häiriöitä elektroniikkapiirille. On olemassa kaksi tapaa, joilla sähköstaattinen purkaus voi häiritä elektronisia piirejä. Yksi suoritetaan häiriöistä ja toinen säteilevästä häiriöstä.
Digitaalisten tuotteiden rakentaminen ja niiden ESD-ongelmat
Nykyään erilaisten digitaalisten tuotteiden toiminnot ovat vahvistumassa ja voimakkaampia, kun taas levyt ovat pienempiä ja pienempiä, ja integraatio on yhä suurempi. Yhä useampi osa rajapinnasta käytetään ihmisen ja tietokoneen väliseen vuorovaikutukseen, joten ihmisen kehon sähköstaattisen purkauksen ongelma on ESD. Yleisen digitaalisen tuotteen osat, jotka vaativat ESD-suojausta, ovat: USB-liitäntä, HDMI-liitäntä, IEEE1394-liitäntä, antenniliitäntä, VGA-liitäntä, DVI-liitäntä, painike, SIM-kortti, kuulokkeet ja muut tiedonsiirtoliitännät.
ESD voi aiheuttaa tuotteen epänormaalin toiminnan, kaatumisen tai jopa vahingoittumisen ja aiheuttaa muita turvallisuusongelmia. Siksi ennen kuin tuote menee markkinoille, kotimaisten tai ulkomaisten tarkastusyksiköiden on testattava ESD: tä ja muita ylijännitteitä. Niiden joukossa kosketuspurkauksen on saavutettava ± 8 kV, ja ilmanpoiston on saavutettava ± 15 kV, mikä asettaa korkeat vaatimukset ESD: n suunnittelulle.
Ohjattu impedanssi-PCB-toimittaja Kiinassa
ESD-ongelmanratkaisu ja digitaalisten tuotteiden suojaus
3.1 Tuotteen rakenne
Jos vapautettua staattista sähköä pidetään tulvana, niin tärkein ratkaisu on samanlainen kuin veden ohjaus, joka on "estävä" ja "säästävä". Jos suunnittelemassamme tuotteessa on ihanteellinen ilmatiivis kotelo, staattista sähköä ei ole, joten staattista ongelmaa ei ole. Kuitenkin todellisessa kotelossa on usein aukkoja kannessa, ja monet niistä ovat metallisia koriste-esineitä, joten muista kiinnittää huomiota.
Käytä ensin "esto" -menetelmää. Yritä lisätä kotelon paksuutta eli lisätä kotelon ja levyn välistä etäisyyttä tai lisätä kotelon ilmavälin etäisyyttä jollakin vastaavalla menetelmällä, jotta vältetään tai vähennetään suuresti energian intensiteettiä. ESD.
Rakenteen parantamisen avulla ulkoisen kotelon ja sisäisen piirin välisen ilmavälin etäisyyttä voidaan lisätä siten, että ESD: n energia vähenee huomattavasti. Nyrkkisääntönä 8 kV ESD hajoaa tyypillisesti nollaan 4 mm: n etäisyyden jälkeen.
Toiseksi, käyttämällä "harva" -menetelmää, se voidaan ruiskuttaa kotelon sisäpuolelle EMI-maalilla. EMI-maali on sähköä johtava ja sitä voidaan ajatella metalliseksi suojaksi, joka mahdollistaa staattisen sähkön johtamisen koteloon. Kotelo kytketään sitten piirilevyn maahan (painettu piirilevy) staattisen sähkön johtamiseksi pois maasta. Staattisen sähkön estämisen lisäksi tämän menetelmän avulla voidaan tehokkaasti estää EMI-häiriöitä. Jos tilaa on riittävästi, voit suojata piirin myös metallikilvellä, joka on sitten liitetty piirilevyn GND: hen.
Lyhyesti sanottuna ESD-suunnittelukotelossa on monia paikkoja, joista on tietoinen. Ensimmäinen vaihe on estää ESD: n pääseminen kotelon sisälle ja minimoida koteloon tuleva energia. Jos ESD tulee kotelon sisälle, yritä ohjata sitä pois GND: stä ja älä anna sen vahingoittaa muita piirin osia. Ole varovainen, kun käytät metallikoristeita koteloon, koska se todennäköisesti aiheuttaa odottamattomia tuloksia ja vaatii erityistä huomiota.
3.2 Tuotteen PCB-suunnittelu
Nykyisen tuotteen piirilevy (painettu piirilevy) on tiheä levy, yleensä 4-kerroksinen levy. Kun tiheys kasvaa, suuntaus on käyttää 6-kerrosta levyä, ja sen suunnittelussa on aina otettava huomioon suorituskyvyn ja alueen tasapaino. Toisaalta, mitä suurempi tila, sitä enemmän tilaa voidaan sijoittaa komponentteihin. Samalla, mitä laajempi linjan leveys ja riviväli ovat, EMI: n, äänen, ESD: n ja muiden näkökohtien edut. Toisaalta digitaalisen tuotesuunnittelun tiiviys on myös trendi ja tarve. Siksi sinun on löydettävä tasapainopiste suunnittelussa.
Halogeeniton PCB-tehtaan Kiina
ESD-ongelman osalta suunnittelussa on kiinnitettävä paljon huomiota, erityisesti GND-johdotuksen suunnittelussa ja linjavälissä. Joissakin tuotteissa ESD: ssä on suuri ongelma, eikä aina ole mitään syytä. Toistuvan tutkimuksen ja kokeilun avulla on havaittu olevan ongelma piirilevyjen suunnittelussa. Tätä varten tässä on yhteenveto pisteistä, jotka tulisi huomioida PCB-suunnittelussa:
(1) PCB-levyn reunan (myös läpivientireiän kautta rajalla) ja muiden johtojen välisen etäisyyden tulisi olla yli 0,3 mm;
(2) Piirilevyn reunojen reunat ovat edullisesti GND-jälkien ympäröimiä;
(3) GND: n ja muun johdon välinen etäisyys pidetään 0,2 mm - 0,3 mm;
(4) Vbatin ja muun johdon välinen etäisyys pidetään välillä 0,2 mm ja 0,3 mm;
(5) Etäisyys tärkeiden linjojen, kuten nollaus, kello jne., Ja muiden johtojen välillä on oltava suurempi kuin 0,3 mm;
(6) Suurjohdon ja toisen johdon välinen etäisyys pidetään 0,2 mm: n ja 0,3 mm: n välillä;
(7) Eri kerrosten GND: iden välillä olisi oltava mahdollisimman monta viivaa (VIa);
(8) Vältä teräviä kulmia lopullisessa päällystyksessä. Terävien kulmien tulisi olla mahdollisimman sileitä.
3.3 Tuotekierron suunnittelu
Kotelon ja piirilevyn suunnittelussa ESD: n kiinnittäminen ESD-ongelmaan tulee väistämättä tuotteen sisäiseen piiriin, erityisesti seuraaviin portteihin: USB-liitäntä, HDMI-liitäntä, IEEE1394-liitäntä, antenniliitäntä, VGA-liitäntä, DVI-liitäntä , napin piiri, SIM-kortti, kuulokkeet ja muut tietoliikenneliitännät, nämä portit tuovat todennäköisesti staattista sähköä ihmiskehosta sisäiseen piiriin. Siksi näissä satamissa on käytettävä ESD-suojalaitteita.
Aiemmin käytetyt sähköstaattiset suojalaitteet ovat varistori- ja TVS-laitteita, mutta näiden laitteiden yleiset haitat ovat se, että vasteenopeus on liian hidas, purkausjännite ei ole riittävän tarkka, interelektrodikapasitanssi on suuri, elämä on lyhyt, elämä on lyhyt ja elämä on lyhyt, ja sähköinen suorituskyky heikkenee useiden käyttötapojen vuoksi. . Siksi nykyisessä "staattisessa vaimentimessa" käytetään yleisesti teollisuutta tavanomaisen staattisen suojauslaitteen korvaamiseksi.
"Staattinen suppressori" on ammattimainen ratkaisu staattisen sähkön ongelmaan. Sen sisäinen rakenne ja toimintaperiaate ovat tieteellisempiä ja ammattimaisempia kuin muut tuotteet. Se on valmistettu polymeerimateriaalista, ja sisäiset timanttimolekyylit on järjestetty tavalliseen erilliseen muotoon. Kun sähköstaattinen jännite ylittää laitteen liipaisujännitteen, sisäiset molekyylit tuottavat nopeasti kärjen ja kärkeen purkautumisen, joka purkaa staattisen sähkön maahan hetkessä. Sen suurin ominaisuus on nopea vaste (0,5 ns ~ 1 ns), hyvin alhainen inter- elektrodikapasitanssi (0,05pf ~ 3pf), hyvin pieni vuotovirta (1μA), joka soveltuu hyvin erilaisiin liitäntäsuojauksiin.
Koska staattisella vaimentimella on monia etuja, kuten pieni tilavuus (0603, 0402), ei-napaisuus, nopea nopeus jne., Staattisten vaimentimien käyttö suojauslaitteina nykyisessä mallissa kasvaa, joten kiinnitä huomiota seuraaviin pistettä käytettäessä:
1. Aseta laite mahdollisimman lähelle suojattavaa porttia;
2. Yhteys GND: hen on mahdollisimman lyhyt;
3. Liitetyn GND: n alue on mahdollisimman suuri.
ESD-ongelma on yksi monista tärkeistä kysymyksistä. Eri elektronisissa laitteissa on erilaisia tapoja välttää piirin vaurioitumista. Digitaalisten tuotteiden pienen koon ja suuren tiheyden vuoksi ESD: n suojauksessa on ainutlaatuisia ominaisuuksia. Suurella määrällä staattisia testikokeita on osoitettu, että tämän paperin suunnittelumenetelmä voi suojata ja parantaa tuotetta, joka olisi ollut kuollut ± 2 kV purkauksen jälkeen, ja se voi silti toimia vakaasti ± 8 kV: n sähköstaattisen purkauksen yhteydessä, joka on erittäin hyvä staattinen sähkö. Suojaava vaikutus.
Elektronisten laitteiden käytön lisääntyessä ESD-suunnittelu on keskeinen huolenaihe jokaiselle rakennesuunnittelijalle ja sähköiselle suunnittelijalle. Tiivistämällä ja oppimalla jatkuvasti, ESD-ongelmat eivät enää ole ongelma!