Statische beveiliging van veel voorkomende problemen en oplossingen

Multilayer PCB-fabrikant in China

De schaal van moderne halfgeleiderapparaten wordt steeds groter en de werkspanning wordt steeds lager, wat leidt tot de gevoeligheid van halfgeleiderapparaten voor externe elektromagnetische storingen. ESD heeft meer en meer aandacht getrokken voor de interferentie veroorzaakt door circuits, schade aan componenten, CMOS-circuits en interfacecircuits. De ESD van elektronische apparatuur is ook begonnen te worden geschreven in nationale en internationale normen als een belangrijk onderdeel van elektromagnetische compatibiliteitstests.

Elektrostatische oorzaken en hun schade

Wanneer statische elektriciteit wordt gewreven door twee stoffen met verschillende diëlektrische constanten, worden de positieve en negatieve polaire ladingen verzameld op twee specifieke lichamen. Wanneer twee objecten in contact zijn, heeft een ervan de neiging om elektronen aan te trekken, en dus vormen beide verschillende oplaadmogelijkheden. In het geval van het menselijk lichaam is de statische elektriciteit die wordt gegenereerd door de wrijving tussen de kleding en de huid een van de hoofdoorzaken van het laden van het menselijk lichaam.

Wanneer de statische voedingsbron in contact is met andere objecten, is er een laadstroom volgens het mechanisme van ladingneutralisatie, dat voldoende stroom overdraagt ​​om de spanning te compenseren. Tijdens het overbrengen van hoge snelheden worden potentiële spanningen, stromen en elektromagnetische velden opgewekt. In ernstige gevallen worden voorwerpen vernietigd. Dit is elektrostatische ontlading. Het is gedefinieerd in de nationale norm: Elektrostatische ontlading is een overdracht van lading die wordt veroorzaakt door directe nabijheid of direct contact met speciale elektrostatische potentialen (GB / T4365-1995), meestal uitgedrukt door ESD. ESD kan ernstige schade of storingen aan elektronische apparatuur veroorzaken.

Elektrostatische schade aan het apparaat is zowel dominant als recessief. De verborgen schade was op dat moment niet zichtbaar, maar het apparaat werd kwetsbaarder en gemakkelijk beschadigd bij overdruk en hoge temperaturen.

De twee belangrijkste faalmechanismen van ESD zijn: de warmte die wordt gegenereerd door de ESD-stroom veroorzaakt thermisch falen van het apparaat; de buitensporige spanning veroorzaakt door ESD veroorzaakt isolatieafbraak. Beide soorten schade kunnen tegelijkertijd in één apparaat optreden, bijvoorbeeld kan isolatie-afbraak grote stromen opwekken, wat op zijn beurt tot thermische storing leidt.

Naast de schade die door het circuit wordt veroorzaakt, is de elektrostatische ontlading ook erg gemakkelijk om interferentie met het elektronische circuit te veroorzaken. Er zijn twee manieren waarop elektrostatische ontlading elektronische circuits kan verstoren. De ene is geleide interferentie en de andere is gestraalde interferentie.

De constructie van digitale producten en hun ESD-problemen

Tegenwoordig worden de functies van verschillende digitale producten steeds sterker, terwijl de borden steeds kleiner worden en de integratie steeds hoger wordt. Meer of minder deel van de interface wordt gebruikt voor mens-computerinteractie, dus er is een ESD-probleem van elektrostatische ontlading van het menselijk lichaam. De onderdelen van algemene digitale producten die ESD-bescherming vereisen, zijn: USB-interface, HDMI-interface, IEEE1394-interface, antenne-interface, VGA-interface, DVI-interface, knopschakeling, SIM-kaart, oortelefoon en andere verschillende gegevensoverdrachtinterfaces.

ESD kan ervoor zorgen dat het product abnormaal functioneert, vastloopt of zelfs beschadigd raakt en andere beveiligingsproblemen veroorzaakt. Daarom moeten, voordat het product op de markt komt, binnenlandse of buitenlandse inspectiediensten worden gevraagd om ESD en andere piekspanningen te testen. Onder deze moet de contactontlading ± 8 kV bereiken, en de luchtuitlaat moet ± 15 kV bereiken, wat hoge eisen stelt aan het ontwerp van ESD.

Gecontroleerde impedantie PCB-leverancier in China

ESD-probleemoplossing en -beveiliging in digitale producten
3.1 Structureel ontwerp van het product

Als de vrijgegeven statische elektriciteit als een overstroming wordt beschouwd, is de hoofdoplossing vergelijkbaar met waterregeling, die "blokkeert" en "spaarzaam" is. Als het product dat we ontwerpen een ideale behuizing heeft die luchtdicht is, is er geen statische elektriciteit, dus er is geen statisch probleem. De behuizing heeft echter vaak openingen in de hoes en veel van hen hebben metalen sierstukken, dus let goed op.

Gebruik eerst de "blokkeer" -methode. Probeer de dikte van de behuizing te vergroten, dat wil zeggen de afstand tussen de behuizing en de plaat te vergroten of de afstand van de luchtopening van de behuizing met een aantal equivalente methoden te vergroten, om de energie-intensiteit van de behuizing te voorkomen of sterk te verminderen. ESD.

Door de verbetering van de structuur kan de afstand van de luchtspleet tussen de buitenkast en de interne schakeling worden vergroot, zodat de energie van de ESD aanzienlijk wordt verminderd. Als vuistregel vervalt de 8 kV ESD doorgaans tot nul na een afstand van 4 mm.

Ten tweede kan het, met behulp van de "sparse" -methode, met EMI-verf op de binnenkant van de behuizing worden gespoten. EMI-verf is elektrisch geleidend en kan worden gezien als een metalen afscherming waarmee statische elektriciteit op de behuizing kan worden geleid. De behuizing wordt vervolgens verbonden met de aarde van de PCB (Printed Circuit Board) om statische elektriciteit van de grond af te voeren. Naast het voorkomen van statische elektriciteit, kan de methode van deze behandeling EMI-interferentie effectief onderdrukken. Als er voldoende ruimte is, kunt u het circuit ook beveiligen met een metalen schild dat vervolgens wordt aangesloten op de GND van de PCB.

Kortom, er zijn veel plaatsen waar u op moet letten in de ESD-designbehuizing. De eerste stap is om te voorkomen dat de ESD de binnenkant van de behuizing binnendringt en de energie die de behuizing binnendringt, minimaliseert. Voor de ESD die de binnenkant van de behuizing binnengaat, probeer deze weg te leiden van GND en laat het andere delen van het circuit niet beschadigen. Wees voorzichtig bij het gebruik van metalen decoraties op de behuizing, omdat dit waarschijnlijk onverwachte resultaten met zich meebrengt en speciale aandacht vereist.

3.2 PCB-ontwerp van het product

De PCB (Printed Circuit Board) van het huidige product is een bord met hoge dichtheid, meestal een bord met 4 lagen. Naarmate de dichtheid toeneemt, is de trend om een ​​bord met 6 lagen te gebruiken, en bij het ontwerp moet altijd rekening worden gehouden met de balans tussen prestaties en oppervlakte. Enerzijds, hoe groter de ruimte, hoe meer ruimte er op de componenten kan worden geplaatst. Tegelijkertijd geldt dat hoe breder de lijnbreedte en regelafstand zijn, wat de voordelen zijn voor EMI, audio, ESD en andere aspecten. Aan de andere kant is de compactheid van digitaal productontwerp ook een trend en behoefte. Daarom moet u een evenwichtspunt vinden bij het ontwerpen.

Halogeenvrije PCB fabriek China

Wat het ESD-probleem betreft, zijn er veel plaatsen waar in het ontwerp aandacht aan moet worden besteed, vooral met betrekking tot het ontwerp van de GND-bedrading en de regelafstand. In sommige producten is er een groot probleem met ESD, en er is altijd een reden. Door herhaald onderzoek en experimenten blijkt het een probleem te zijn bij het ontwerpen van PCB's. Hiertoe volgt hier een samenvatting van de punten die in het PCB-ontwerp moeten worden vermeld:

(1) De afstand tussen de rand van de PCB-kaart (met inbegrip van de Via-gat-Via-grens) en andere bedradingen moet groter zijn dan 0,3 mm;
(2) De plaatranden van de PCB zijn bij voorkeur allemaal omgeven door GND-sporen;
(3) De afstand tussen GND en andere bedrading wordt op 0,2 mm ~ 0,3 mm gehouden;
(4) De afstand tussen Vbat en andere bedrading wordt tussen 0,2 mm en 0,3 mm gehouden;
(5) De afstand tussen belangrijke lijnen zoals Reset, Clock, etc. en andere bedradingen moet groter zijn dan 0,3 mm;
(6) De afstand tussen de hoogspanningslijn en de andere bedrading wordt op 0,2 mm tot 0,3 mm gehouden;
(7) Er zouden zoveel mogelijk doorgangen (VIa) moeten zijn tussen de GND's van verschillende lagen;
(8) Vermijd scherpe hoeken in de uiteindelijke bestrating. Scherpe hoeken moeten zo vloeiend mogelijk zijn.

3.3 Productcircuitontwerp

Bij het ontwerp van de behuizing en de printplaat zal ESD, na aandacht te hebben besteed aan het ESD-probleem, onvermijdelijk in het interne circuit van het product binnendringen, vooral de volgende poorten: USB-interface, HDMI-interface, IEEE1394-interface, antenne-interface, VGA-interface, DVI-interface Knopcircuit, SIM-kaart, oortelefoons en andere soorten gegevensoverdrachtinterfaces, deze poorten zullen waarschijnlijk statische elektriciteit van het menselijk lichaam in het interne circuit introduceren. Daarom moeten ESD-beveiligingsapparaten in deze poorten worden gebruikt.

De elektrostatische beveiligingsapparaten die in het verleden werden gebruikt, zijn varistor- en TVS-apparaten, maar de gemeenschappelijke nadelen van deze apparaten zijn dat de reactiesnelheid te langzaam is, de ontlaadspanning niet nauwkeurig genoeg is, de interelektrodecapaciteit groot is, de levensduur kort is en de elektrische prestaties zijn verslechterd als gevolg van meerdere toepassingen. . Daarom wordt de huidige "statische onderdrukker" gewoonlijk in de industrie gebruikt om de conventionele statische beschermingsinrichting te vervangen.

"Statische onderdrukker" is een professionele oplossing voor het probleem van statische elektriciteit. Zijn interne structuur en werkingsprincipe zijn wetenschappelijker en professioneler dan andere producten. Het is gemaakt van polymeer polymeer materiaal en de interne diamantmoleculen zijn gerangschikt in een normale, discrete vorm. Wanneer de elektrostatische spanning de triggerspanning van het apparaat overschrijdt, genereren de interne moleculen snel een tip-tot-punt-ontlading, die de statische elektriciteit in een oogwenk naar de grond afvoert. De grootste eigenschap is een snelle respons (0,5 ns ~ 1 ns), een zeer lage interelektrodecapaciteit (0,05 pf ~ 3 pf), een zeer kleine lekstroom (1 μA), zeer geschikt voor verschillende interfacebescherming.

Omdat de statische onderdrukker veel voordelen heeft, zoals een klein volume (0603, 0402), niet-polariteit, hoge reactiesnelheid, enz., Neemt het aandeel van het gebruik van statische onderdrukkers als beschermende apparaten in het huidige ontwerp toe, dus let op het volgende punten bij gebruik:
1. Plaats het apparaat zo dicht mogelijk bij de te beschermen poort;
2. De verbinding met GND is zo kort mogelijk;
3. Het gebied van de aangesloten GND is zo groot mogelijk.

Het probleem met ESD is een van de vele belangrijke problemen. Er zijn verschillende manieren om schade aan het circuit in verschillende elektronische apparaten te voorkomen. Vanwege de kleine omvang en hoge dichtheid van digitale producten zijn er unieke functies bij de bescherming van ESD. Door middel van een groot aantal statische testexperimenten, is het bewezen dat de ontwerpmethode van dit papier een product kan beschermen en verbeteren dat na ± 2kV ontlading zou zijn verdwenen en dat het nog steeds stabiel kan werken onder de conditie van ± 8 kV elektrostatische ontlading, die een zeer goede statische elektriciteit afspeelt. Beschermend effect.

Met het toenemende gebruik van elektronische apparaten is ESD-ontwerp een belangrijk punt van zorg voor elke structurele ontwerpingenieur en een elektronische ontwerpingenieur. Door continu samen te vatten en te leren, zullen ESD-problemen geen probleem meer zijn!