静电是一种存在于物体表面的电能,是正负电荷局部失衡时产生的现象。静电在日常生活中很常见,比如走路、穿衣等活动带来的摩擦会产生不同幅度的静电电压。虽然这种静电能量很小,不会对人体造成伤害,但对于电子元器件来说,这种静电能量却不容忽视。
静电对PCB的影响
人体在干燥的环境中静电(ESD)电压容易超过6~35kV,当用手触摸电子设备、PCB或PCB上的部件时,由于瞬时静电放电,会使部件或设备受到干扰,甚至损坏设备或PCB上的部件。根据统计,约有30%~40%的IC芯片是因为ESD而损坏或失效。
ESD产生的高压高频脉冲信号会在PCB上形成大量噪声,并且通过导线、接地、空间辐射等方式传播到其他部分。这样就会影响PCB上信号的完整性和稳定性,导致数据错误、系统重启、性能下降等问题。
因此,在PCB设计中,我们必须考虑静电的保护,避免或减少静电对PCB造成的危害。
PCB如何防静电
1.低速板材防静电设计方法
低速板材指的是信号频率低于10MHz的PCB板。低速板材防静电设计方法主要有以下几点:
走线需要横平竖直,尽量减少信号线并排走线;
如空间允许,走线越粗越好;
避免在PCB边缘处理时钟、复位信号等重要信号线;
包括电源和地线环路在内的所有PCB板的传导环路应尽量小;
单面或双面板,在没有电源平面的情况下,电源走线旁必须跟随一条地线;
尽量使用多层板布线。
2.高速板材防静电设计方法
高速板材指的是信号频率高于10MHz的PCB板。高速板材防静电设计方法主要有以下几点:
走线需要良好的地面平面;
保持足够的间距,如滤波器、光耦、交流电源线和弱信号线;
长距离走线加低通过滤波器(C、静电器件、RC、LC);
隔离(增加屏蔽罩),避免被保护的导线与未保护的导线并排走线;
避免使用与其它设备相同的回路连接公共接地。
防静电的一般原则
除了上述针对不同类型的PCB板的防静电设计方法外,还有一些通用的防静电原则,如下:
保持土地完整,增加土地泄漏面积,平整地铺铜均匀,保持土地电阻值不变,相互水平状态平稳;
板材外围设计环绕地面,数据线用地包围;
地孔越多越好,并且使每层地面紧密连接在一起;
在PCB上安装光耦合器或变压器,以隔离不同电位的信号源;
在输入端或连接器处安装静电保护器件,如二极管、晶体管、气体放电管等;
在PCB边缘设置一定的隔离距离,以抵抗静电电压。对于机架产品,每千伏静电电压的击穿距离约为1毫米。如果在容易放电的边缘设置3-5毫米的隔离区,可以抵抗3-5千伏的静电电压。