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PCB防靜電設(shè)計(jì)的必要性

2023-05-08 19:22:22 來源：電子發(fā)燒友網(wǎng) 小 中

平時(shí)通過走路穿衣等日?；顒?dòng)帶來的摩擦，會(huì)產(chǎn)生不同幅值的靜電電壓，但其能量很小不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生傷害，不過對(duì)于電子元器件來說，這種靜電能量卻是不能忽視的。

(資料圖片僅供參考)

在干燥的環(huán)境下，人體靜電（ESD）的電壓很容易超過6~35Kv，當(dāng)用手觸摸電子設(shè)備、PCB或PCB上的元器件時(shí)，會(huì)因?yàn)樗查g的靜電放電，而使元器件或設(shè)備受到干擾，甚至損壞設(shè)備或PCB上的元器件。

下圖大致列舉了一下不同行為產(chǎn)生的靜電電壓大?。?/p>

一、靜電是如何產(chǎn)生的

靜電是一種電能，它存在于物體表面，是正負(fù)電荷在局部失衡時(shí)，產(chǎn)生的一種現(xiàn)象，如摩擦起電就是一種靜電放電現(xiàn)象。

靜電的問題一直困擾著許多電子產(chǎn)品，其放電電流產(chǎn)生的電磁場，通過電容耦合、電感耦合或空間輻射耦合等途徑，對(duì)電路造成了嚴(yán)重干擾，所以我們?cè)?u>PCB設(shè)計(jì)初期，就必須考慮到靜電的防護(hù)問題。

下圖是關(guān)于靜電產(chǎn)生的示意圖：

二、PCB如何設(shè)計(jì)防靜電

PCB布局的原則，一般盡可能將靜電保護(hù)器件靠近輸入端或者連接器，靜電保護(hù)器件與被保護(hù)線之間的線路距離，應(yīng)該設(shè)計(jì)得盡量短一些。對(duì)于PCB設(shè)計(jì)來說，在容易發(fā)生靜電放電的邊緣，設(shè)置一定的隔離距離非常重要，對(duì)于機(jī)架類產(chǎn)品，每千伏的靜電電壓的擊穿距離在1mm左右，如果在容易放電的邊緣設(shè)置一個(gè)3~5mm隔離區(qū)，就可以抵抗3~5Kv的靜電電壓。

1、低速板靜電防護(hù)設(shè)計(jì)

1）走線需橫平豎直，盡量減少信號(hào)線路并排走線；

2）如果空間允許的話，走線越粗越好；

3）按照高速電路設(shè)計(jì)理念來進(jìn)行布線；

4）避免在PCB邊緣處理重要的信號(hào)線，如時(shí)鐘、復(fù)位信號(hào)等；

5）所有PCB板的傳導(dǎo)環(huán)路，包括電源和地線環(huán)路，應(yīng)該盡量??；

6）單面或雙面板，在沒有電源平面的情況下，電源走線旁邊必須要跟隨一根地線；

7）盡量使用多層板布線。

2、高速板靜電防護(hù)設(shè)計(jì)

1）走線需要有良好的地平面；

2）保持足夠的間距，如濾波器、光耦、交流電源線與弱信號(hào)線；

3）長距離走線加低通濾波器（C、靜電器件、RC、LC）；

4）隔離（增加屏蔽罩），避免被保護(hù)的導(dǎo)線與未被保護(hù)的導(dǎo)線并排走線；

5）避免與其他器件使用同一條回路來連接公共接地點(diǎn)。

3、防止出現(xiàn)靜電的通用辦法

1）保持地的完整，加大地的泄放面積，平整地鋪銅均勻，保持地的電阻值不變，互相之間水平狀態(tài)地平面平穩(wěn)；

2）板外圍進(jìn)行環(huán)繞地設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)線用地包圍；

3）地孔越多越好，并使每層地緊密連合在一起；

4）在PCB上安裝光耦合器或者變壓器，以及結(jié)合介質(zhì)隔離和屏蔽，都可以很好的抑制靜電放電沖擊；

5）可將PCB的GND與外殼地進(jìn)行單點(diǎn)接地，防止靜電放電電流在機(jī)箱上產(chǎn)生的電壓耦合進(jìn)電路，但需注意接地點(diǎn)的選擇，選擇在電纜入口處接地；

6）如果PCB面積允許，并且整機(jī)系統(tǒng)的搭接、靜電泄放通道都很好，可以在PCB周圍設(shè)置接地防護(hù)環(huán)，可裸銅處理，并采用很多過孔連接。

三、防靜電設(shè)計(jì)的可制造性檢查

這里推薦一款國產(chǎn)免費(fèi)的PCB和PCBA檢測軟件：華秋DFM，它對(duì)于可制造性檢查領(lǐng)域來說非常專業(yè)，其檢測參數(shù)也是可以隨著設(shè)計(jì)者的實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整的，根據(jù)不同板廠的工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)前的隱患提示并給出最優(yōu)的修改建議，雖然對(duì)上文所講的PCB防靜電設(shè)計(jì)性能沒有做對(duì)應(yīng)的檢查項(xiàng)，但是可以檢查PCB設(shè)計(jì)圖中防靜電設(shè)計(jì)的位置是否存在可制造性風(fēng)險(xiǎn)等。

術(shù)業(yè)有專攻，防靜電處理的問題，工程師們?cè)赑CB走線布局和結(jié)構(gòu)接口方面做好防護(hù)措施即可，對(duì)于可制造性與可組裝性的問題，可以交給專業(yè)的華秋DFM軟件解決！

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