電路板設計抗ESD規則

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電路板設計抗ESD規則（一）
　　許多産品設計工程師通常在産品進入到生産環節時才著手考慮抗靜電釋放(ESD)的問題。如果電子設備不能通過抗靜電釋放測試，他們就會加班加點找尋不破壞原有設計的解決方案。然而，最終的方案通常都要採用昂貴的元器件，還要在製造過程中採用手工裝配，甚至需要重新設計，因此，産品的進度勢必受到影響。
即使對經驗豐富的工程師和設計工程師，也可能並不知道設計中的哪些部分有利於抗ESD。大多數電子設備在生命期內99%的時間都處於一個充滿ESD的環境之中，ESD可能來自人體、家具、甚至設備自身內部。電子設備完全遭受ESD損毀比較少見，然而ESD干擾卻很常見，它會導致設備鎖死、重定、資料丟失和不可靠。其結果可能是：在寒冷乾燥的冬季電子設備經常出現故障現象，但是維修時又顯示正常，這樣勢必影響用戶對電子設備及其製造商的信心。
ESD産生的機理

　　要防止ESD，首先必須知道ESD是什麽以及ESD進入電子設備的過程。一個充電的導體接近另一個導體時，就有可能發生ESD。首先，兩個導體之間會建立一個很強的電場，産生由電場引起的擊穿。兩個導體之間的電壓超過它們之間空氣和絕緣介質的擊穿電壓時，就會産生電弧。在0.7ns到10ns的時間裏，電弧電流會達到幾十安培，有時甚至會超過100安培。電弧將一直維持直到兩個導體接觸短路或者電流低到不能維持電弧爲止,ESD的産生取決於物體的起始電壓、電阻、電感和寄生電容：

　　1. 可能産生電弧的實例有人體、帶電器件和機器。

　　2. 可能産生尖峰電弧的實例有手或金屬物體。

　　3. 可能産生同極性或者極性變化的多個電弧的實例有家具。 ESD可以通過五種耦合途徑進入電子設備：

　　1. 初始的電場能容性耦合到表面積較大的網路上，並在離ESD電弧100mm處産生高達4000V/m的高壓。

　　2. 電弧注入的電荷/電流可以産生以下的損壞和故障：

　　a. 穿透元器件內部薄的絕緣層，損毀MOSFET和CMOS元器件的柵極(常見)。b. CMOS器件中的觸發器鎖死(常見)。c. 短路反偏的PN結(常見)。d. 短路正向偏置的PN結(少見)。e. 熔化有源器件內部的焊接線或鋁線(少見)。

　　3. 電流會導致導體上産生電壓脈衝(V=L×dI/dt)，這些導體可能是電源、地或信號線，這些電壓脈衝將進入與這些網路相連的每一個元器件(常見)。

　　4. 電弧會産生一個頻率範圍在1MHz到500MHz的強磁場，並感性耦合到臨近的每一個佈線環路，在離ESD電弧100mm遠的地方産生高達15A/m的電流。

　　5. 電弧輻射的電磁場會耦合到長的信號線上，這些信號線起到接收天線的作用(少見)。

ESD會通過各種各樣的耦合途徑找到設備的薄弱點。ESD頻率範圍寬，不僅僅是一些離散的頻點，它甚至可以進入窄帶電路中。爲了防止ESD干擾和損毀，必須隔離這些路徑或者加強設備的抗ESD能力。表1描述了對可能出現的ESD的防範措施以及發揮作用的場合

防患於未然

　　塑膠機箱、空氣空間和絕緣體可以遮罩射向電子設備的ESD電弧。除利用距離保護以外，還要建立一個擊穿電壓爲20kV的抗ESD環境。

　　A1. 確保電子設備與下列各項之間的路徑長度超過20mm。

　　1. 包括接縫、通風口和安裝孔在內任何用戶能夠接觸到的點。在電壓一定的情況下，電弧通過介質的表面比通過空氣傳播得更遠。

　　2. 任何用戶可以接觸到的未接地金屬，如緊固件、開關、操縱杆和指示器。

　　A2. 將電子設備裝在機箱凹槽或槽口處來增加接縫處的路徑長度。

　　A3.在機箱內用聚脂薄膜帶來覆蓋接縫以及安裝孔，這樣延伸了接縫/過孔的邊緣，增加了路徑長度。

　　A4.用金屬帽或者遮罩塑膠防塵蓋罩住未使用或者很少使用的連接器。

　　A5.使用帶塑膠軸的開關和操縱杆，或將塑膠手柄/套子放在上面來增加路徑長度。避免使用帶金屬固定螺絲的手柄。

　　A6.將LED和其他指示器裝在設備內孔裏，並用帶子或者蓋子將它們蓋起來，從而延伸孔的邊沿或者使用導管來增加路徑長度。

　　A7.延伸薄膜鍵盤邊界使之超出金屬線12mm，或者用塑膠企口來增加路徑長度。

　　A8. 將散熱器靠近機箱接縫，通風口或者安裝孔的金屬部件上的邊和拐角要做成圓弧形狀。

　　A9. 塑膠機箱中，靠近電子設備或者不接地的金屬緊固件不能突出在機箱中。

　　A10. 如果産品不能通過桌面/地面或者水平耦合面的間接ESD測試，可以安裝一個高支撐腳使之遠離桌面或地面。

　　A11.在觸摸橡膠鍵盤上，確保佈線緊湊並且延伸橡膠片以增加路徑長度。

　　A12.在薄膜鍵盤電路層周圍塗上粘合劑或密封劑。

　　A13.在機箱箱體接合處，要使用耐高壓矽樹脂或者墊圈實現密閉、防ESD、防水和防塵。