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PCB的ESD防护设计基础

2020-01-07 点击量:

     ESD(静电放电)概述 静电是指由两种不同物质的物体互相摩擦,通过正负电荷积蓄在相互摩擦的两个物体而形成高电压。人体的日常活动会产生不同幅值的静电电压[110]。人体的日常活动所产生的静电电压尽管很高,但能量很小,不会对人体产生伤害。但是对于电子元器件来说,静电能量是不能忽视的。
     在干燥气候环境下,人体的ESD电压很容易超过6~35kV,当用手触摸电子设备、PCB或PCB上的元器件时,常常会因为瞬间的静电放电而使元器件或设备受到干扰,甚至损坏设备或PCB上的元器件。  人体日常活动所产生的静电电压  ESD是困扰许多电子产品的一个严重的问题,ESD的能量传播有传导和辐射两种方式。 在ESD传导方式下,静电放电电流(tr=1ns)通过导体传播,直接进入电路中。
     ESD产生的高电压会进入半导体器件和IC,轻者会造成电路的误动作,重者会造成半导体器件和IC的永久损坏,并且很容易破坏半导体元件。现代半导体元件的内部绝缘常常会在几十伏电压下击穿并且永久短路。在日常生活中,ESD以传导方式进入电子元件或电子电路的现象普遍存在,如我们用手去触摸PCB上的导线、金手指、元器件的引脚、设备的I/O引脚等,手上的静电都可能会进入电子元件或电子电路。
     在ESD辐射方式下,静电放电电流(tr=1ns)通过导体传播,激发路径的“天线”,或激励一定频谱宽度(约300MHz,上限可超过1GHz)的电磁波在空间传播。它所产生的电磁波可以直接穿透机箱,或通过孔洞、缝隙、通风孔、I/O电缆等耦合到敏感电路上,能够在电路的各个信号环路中感应出噪声电压。
     在信号环路中产生的噪声电压可能会超过逻辑元件的阀值电平,从而造成电路的误动作。 ESD会导致电子产品性能下降、故障、失效,甚至发生危险,会给电子产品带来致命的危害。ESD对电子产品造成的损害有硬损坏、软损坏和数据错误三种。硬损坏会造成电子产品硬件明显的永久性损坏。
     软损坏在当时看不出来,但是硬件的内在品质已经受到伤害,在之后的使用过程中,会由于过压、高温等因素使产品失效。数据错误通常仅造成临时性的影响。对电子设备进行静电放电防护可使其不会受到硬损坏和软损坏。 在电磁兼容性测试中,静电试验也是许多电子产品比较难以通过的试验项目之一。
     PCB是电子产品的基础,因此在PCB设计之初就必须考虑ESD的防护问题。

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