Protezione statica problemi e soluzioni comuni

Produttore di PCB multistrato in Cina

La scala dei moderni dispositivi a semiconduttore sta diventando sempre più grande e la tensione di lavoro sta diventando sempre più bassa, il che porta alla sensibilità dei dispositivi a semiconduttore a disturbi elettromagnetici esterni. L'ESD ha attirato sempre più attenzione alle interferenze causate da circuiti, danni ai componenti, circuiti CMOS e circuiti di interfaccia. Anche l'ESD delle apparecchiature elettroniche ha iniziato a essere scritto in standard nazionali e internazionali come parte importante dei test di compatibilità elettromagnetica.

Cause elettrostatiche e loro danno

Quando l'elettricità statica viene sfregata da due sostanze con diverse costanti dielettriche, le cariche polari positive e negative vengono accumulate su due corpi specifici. Quando due oggetti sono in contatto, uno di essi tende ad attrarre elettroni e quindi entrambi formano diversi potenziali di carica. Nel caso del corpo umano, l'elettricità statica generata dall'attrito tra i vestiti e la pelle è una delle cause principali della ricarica del corpo umano.

Quando la fonte di energia statica è in contatto con altri oggetti, vi è un flusso di carica in base al meccanismo di neutralizzazione della carica, che trasferisce energia sufficiente a compensare la tensione. Durante la trasmissione della potenza ad alta velocità, vengono generate tensioni potenziali, correnti e campi elettromagnetici. Nei casi più gravi, gli oggetti vengono distrutti. Questa è una scarica elettrostatica. È definito nella norma nazionale: Le scariche elettrostatiche sono un trasferimento di carica causato dalla stretta prossimità o dal contatto diretto di speciali potenziali elettrostatici (GB / T4365-1995), generalmente espresso dall'ESD. L'ESD può causare seri danni o malfunzionamenti delle apparecchiature elettroniche.

Il danno elettrostatico al dispositivo è sia dominante che recessivo. Il danno nascosto non era visibile al momento, ma il dispositivo divenne più fragile e facilmente danneggiato in condizioni di sovrapressione e alte temperature.

I due principali meccanismi di guasto di ESD sono: il calore generato dalla corrente ESD causa un guasto termico del dispositivo; l'eccessiva tensione indotta da ESD provoca la rottura dell'isolamento. Entrambi i tipi di danni possono verificarsi simultaneamente in un dispositivo, ad esempio, la rottura dell'isolamento può eccitare correnti elevate, che a loro volta portano a guasti termici.

Oltre al danno causato dal circuito, anche la scarica elettrostatica può causare interferenze al circuito elettronico. Esistono due modi in cui le scariche elettrostatiche possono interferire con i circuiti elettronici. Uno è l'interferenza condotta e l'altro è l'interferenza irradiata.

La costruzione di prodotti digitali e i loro problemi ESD

Oggigiorno, le funzioni di vari prodotti digitali diventano sempre più forti, mentre le schede diventano sempre più piccole e l'integrazione sta diventando sempre più alta. Più o meno parte dell'interfaccia è utilizzata per l'interazione uomo-computer, quindi c'è un problema di ESD delle scariche elettrostatiche del corpo umano. Le parti di prodotti digitali generali che richiedono la protezione ESD sono: interfaccia USB, interfaccia HDMI, interfaccia IEEE1394, interfaccia antenna, interfaccia VGA, interfaccia DVI, circuito a pulsante, scheda SIM, auricolare e altre varie interfacce di trasmissione dati.

L'ESD può causare il funzionamento anomalo del prodotto, l'arresto anomalo o persino il danneggiamento e causare altri problemi di sicurezza. Pertanto, prima che il prodotto venga immesso sul mercato, sono necessari dipartimenti di ispezione nazionali o esteri per testare l'ESD e altre sovratensioni. Tra questi, lo scarico dei contatti deve raggiungere ± 8kV e la portata d'aria deve raggiungere ± 15kV, il che pone requisiti elevati sulla progettazione dell'ESD.

Fornitore di PCB ad impedenza controllata in Cina

Risoluzione dei problemi ESD e protezione nei prodotti digitali
3.1 Progettazione strutturale del prodotto

Se l'elettricità statica rilasciata viene considerata un'alluvione, la soluzione principale è simile al controllo dell'acqua, che è "bloccante" e "risparmiatore". Se il prodotto che progettiamo ha una custodia ideale ermetica, non c'è elettricità statica, quindi non c'è alcun problema statico. Tuttavia, l'involucro attuale ha spesso lacune nella copertina e molti di essi hanno pezzi decorativi in ​​metallo, quindi assicuratevi di prestare attenzione.

In primo luogo, utilizzare il metodo "blocco". Cerca di aumentare lo spessore dell'involucro, cioè aumentare la distanza tra l'involucro e il pannello o aumentare la distanza del traferro del corpo con metodi equivalenti, in modo da evitare o ridurre notevolmente l'intensità di energia del ESD.

Attraverso il miglioramento della struttura, è possibile aumentare la distanza del traferro tra l'involucro esterno e il circuito interno, in modo che l'energia dell'ESD sia notevolmente ridotta. Come regola generale, l'ESD da 8 kV decade in genere a zero dopo una distanza di 4 mm.

In secondo luogo, utilizzando il metodo "sparse", può essere spruzzato all'interno della cassa con vernice EMI. La vernice EMI è elettricamente conduttiva e può essere pensata come uno scudo metallico che consente di condurre l'elettricità statica sull'alloggiamento. L'alloggiamento è quindi collegato alla massa del PCB (circuito stampato) per condurre l'elettricità statica lontano da terra. Oltre a prevenire l'elettricità statica, il metodo di questo trattamento può efficacemente sopprimere l'interferenza EMI. Se c'è abbastanza spazio, è anche possibile proteggere il circuito con uno schermo metallico, che viene poi collegato al GND del PCB.

In breve, ci sono molti posti da conoscere sull'alloggiamento del design ESD. Il primo passo è impedire che l'ESD penetri all'interno della custodia e ridurre al minimo l'energia che entra nell'alloggiamento. Per l'ESD che entra all'interno del case, provare a guidarlo lontano da GND e non farlo danneggiare da altre parti del circuito. Prestare attenzione quando si usano decorazioni in metallo sul rivestimento, poiché è probabile che porti a risultati inaspettati e richieda particolare attenzione.

3.2 Progettazione PCB del prodotto

Il PCB (Printed Circuit Board) del prodotto corrente è una scheda ad alta densità, solitamente una scheda a 4 strati. Con l'aumentare della densità, la tendenza è quella di utilizzare una scheda a 6 strati, e il suo design deve sempre considerare l'equilibrio tra prestazioni e area. Da un lato, maggiore è lo spazio, maggiore è lo spazio disponibile per i componenti. Allo stesso tempo, più ampia è la larghezza della linea e l'interlinea, i vantaggi per EMI, audio, ESD e altri aspetti. D'altra parte, la compattezza del design del prodotto digitale è anche una tendenza e necessità. Pertanto, è necessario trovare un punto di equilibrio durante la progettazione.

Fabbrica di porcellana senza alogeni

Per quanto riguarda il problema delle scariche elettrostatiche, ci sono molti aspetti da considerare nel design, specialmente per quanto riguarda il design del cablaggio GND e la spaziatura delle linee. In alcuni prodotti, c'è un grosso problema con ESD, e non c'è sempre alcun motivo. Attraverso ripetute ricerche e sperimentazioni, si è riscontrato un problema nella progettazione di PCB. A tal fine, ecco un riepilogo dei punti che dovrebbero essere annotati nella progettazione di PCB:

(1) La distanza tra il bordo del PCB board (compreso il foro di via Via boundary) e altri cablaggi deve essere maggiore di 0.3mm;
(2) I bordi del pannello del PCB sono preferibilmente tutti circondati da tracce GND;
(3) La distanza tra GND e altri cavi è mantenuta a 0.2mm ~ 0.3mm;
(4) La distanza tra Vbat e altri cavi è mantenuta tra 0,2 mm e 0,3 mm;
(5) La distanza tra le linee importanti come Reset, Clock, ecc. E altri cablaggi deve essere maggiore di 0,3mm;
(6) La distanza tra la linea ad alta potenza e l'altro cablaggio è mantenuta tra 0,2 mm e 0,3 mm;
(7) Ci dovrebbe essere il maggior numero di vie (VIa) possibili tra i GND di diversi strati;
(8) Evitare spigoli vivi nella pavimentazione finale. Gli angoli acuti dovrebbero essere il più agevoli possibile.

3.3 Progettazione del circuito del prodotto

Nella progettazione dell'alloggiamento e PCB, dopo aver prestato attenzione al problema ESD, ESD entrerà inevitabilmente nel circuito interno del prodotto, in particolare le seguenti porte: interfaccia USB, interfaccia HDMI, interfaccia IEEE1394, interfaccia antenna, interfaccia VGA, interfaccia DVI , circuito a pulsanti, scheda SIM, auricolari e altri tipi di interfacce di trasmissione dati, queste porte potrebbero introdurre elettricità statica dal corpo umano nel circuito interno. Pertanto, i dispositivi di protezione ESD devono essere utilizzati in queste porte.

I dispositivi di protezione elettrostatica usati in passato sono dispositivi varistore e TVS, ma gli svantaggi comuni di questi dispositivi sono che la velocità di risposta è troppo lenta, la tensione di scarica non è sufficientemente accurata, la capacità interelettrodica è grande, la vita è breve e le prestazioni elettriche sono deteriorate a causa di molteplici usi. . Pertanto, l'attuale "soppressore statico" è comunemente utilizzato nel settore per sostituire il dispositivo di protezione statica convenzionale.

"Soppressore statico" è una soluzione professionale al problema dell'elettricità statica. La sua struttura interna e il suo principio di funzionamento sono più scientifici e professionali di altri prodotti. È realizzato in materiale polimerico polimerico e le molecole di diamante interne sono disposte in una forma discreta regolare. Quando la tensione elettrostatica supera la tensione di attivazione del dispositivo, le molecole interne generano rapidamente una scarica da punta a punta, che scarica l'elettricità statica sul terreno in un istante. La sua più grande caratteristica è la risposta veloce (0,5 ns ~ 1 ns), capacità interelettrodica molto bassa (0,05pf ~ 3pf), corrente di dispersione molto piccola (1μA), molto adatta per varie protezioni dell'interfaccia.

Poiché il soppressore statico presenta molti vantaggi, come il volume ridotto (0603, 0402), la non polarità, la velocità di reazione rapida, ecc., La percentuale di utilizzo di soppressori statici come dispositivi di protezione nel progetto attuale è in aumento, quindi prestare attenzione a quanto segue punti quando si utilizza:
1. Posizionare il dispositivo il più vicino possibile alla porta da proteggere;
2. La connessione a GND è il più breve possibile;
3. L'area del GND collegato è il più grande possibile.

Il problema dell'ESD è uno dei tanti problemi importanti. Esistono diversi modi per evitare di danneggiare il circuito in diversi dispositivi elettronici. A causa delle dimensioni ridotte e dell'elevata densità dei prodotti digitali, ci sono caratteristiche uniche nella protezione dell'ESD. Attraverso un gran numero di esperimenti di prove statiche, è dimostrato che il metodo di progettazione di questa carta può proteggere e migliorare un prodotto che sarebbe morto dopo una scarica di ± 2kV, e può ancora funzionare stabilmente in condizioni di scarica elettrostatica di ± 8kV, che gioca un'ottima elettricità statica. Effetto protettivo

Con l'uso crescente di dispositivi elettronici, la progettazione ESD è una preoccupazione chiave per ogni ingegnere progettista strutturale e ingegnere elettronico. Riassumendo e imparando continuamente, i problemi ESD non saranno più un problema!