八、PCB设计的ESD抑止
PCB布线是ESD防护的一个关键要素,合理的PCB设计可以减少故障检查及返工所带来的不必要成本。在PCB设计中,由于采用了瞬态电压抑止器(TVS)二极管来抑止因ESD放电产生的直接电荷注入,因此PCB设计中更重要的是克服放电电流产生的电磁干扰(EMI)电磁场效应。本文将提供可以优化ESD防护的PCB设计准则。
1、电路环路
电流通过感应进入到电路环路,这些环路是封闭的,并具有变化的磁通量。电流的幅度与环的面积成正比。较大的环路包含有较多的磁通量,因而在电路中感应出较强的电流。因此,必须减少环路面积。
最常见的环路由电源和地线所形成。在可能的条件下,可以采用具有电源及接地层的多层PCB设计。多层电路板不仅将电源和接地间的回路面积减到最小,而且也减小了ESD脉冲产生的高频EMI电磁场。
如果不能采用多层电路板,那么用于电源线和接地的线必须连接成网格状。网格连接可以起到电源和接地层的作用,用过孔连接各层的印制线,在每个方向上过孔连接间隔应该在6厘米内。另外,在布线时,将电源和接地印制线尽可能靠近也可以降低环路面积。
减少环路面积及感应电流的另一个方法是减小互连器件间的平行通路。
当必须采用长于30厘米的信号连接线时,可以采用保护线。一个更好的办法是在信号线附近放置地层。信号线应该距保护线或接地线层13毫米以内。
将每个敏感元件的长信号线(>30厘米)或电源线与其接地线进行交叉布置。交叉的连线必须从上到下或从左到右的规则间隔布置。
2、电路连线长度
长的信号线也可成为接收ESD脉冲能量的天线,尽量使用较短信号线可以降低信号线作为接收ESD电磁场天线的效率。
尽量将互连的器件放在相邻位置,以减少互连的印制线长度。
3、地电荷注入
ESD对地线层的直接放电可能损坏敏感电路。在使用TVS二极管的同时还要使用一个或多个高频旁路电容器,这些电容器放置在易损元件的电源和地之间。旁路电容减少了电荷注入,保持了电源与接地端口的电压差。
TVS使感应电流分流,保持TVS钳位电压的电位差。TVS及电容器应放在距被保护的IC尽可能近的位置,要确保TVS到地通路以及电容器管脚长度为最短,以减少寄生电感效应。
九、PCB生产中Mark点设计
1.pcb必须在板长边对角线上有一对应整板定位的Mark点,板上集成电路引脚中心距小于0.65mm的芯片需在集成电路长边对角线上有一对对应芯片定位的Mark点;pcb双面都有贴片件时,则pcb的两面都按此条加Mark点。
2.pcb边需留5mm工艺边(机器夹持PCB最小间距要求),同时应保证集成电路引脚中心距小于0.65mm的芯片要距离板边大于13mm(含工艺边);板四角用Ф5圆弧倒角。pcb应采用拼板方式,从目前pcb翅曲程度考虑,最佳拼接长度约为200mm,(设备加工尺寸:长度最大为330mm;宽度最大为250mm),在宽度方向尽量不拼以防止在生产过程中弯曲。如下图:
3.MARK点作用及类别
Mark点也叫基准点,为装配工艺中的所有步骤提供共同的可测量点,保证了装配使用的每个设备能精确地定位电路图案。因此,Mark点对SMT生产至关重要
4.我部推荐的MARK点设计规范
1)形状:建议Mark点标记为直径:R=1.0mm实心圆;
2)组成一个完整的MARK点包括:标记点(或特征点)和空旷区域。
3)位置:Mark点位于单板或拼板上的对角线相对位置且尽可能地距离分开;最好分布在最长对角线位置(如MARK点位置图)。
4)为保证贴装精度的要求,SMT要求:每块PCB内必须至少有一对符合设计要求的可供SMT机器识别的MARK点,同时必须有单板MARK(拼板时),拼板MARK或组合MARK只起辅助定位的作用。
5)拼板时,每一单板的MARK点相对位置必须一样。不能因为任何原因而挪动拼板中任一单板上MARK点的位置,而导致各单板MARK点位置不对称。
6)PCB上所有MARK点只有满足:在同一对角线上且成对出现的两个MARK,方才有效。因此MARK点都必须成对出现,才能使用(MARK点位置图)。
7)MARK点(空旷区边缘)距离PCB边缘必须≥5.0mm(机器夹持PCB最小间距要求)(如MARK点位置图)。
8)尺寸
A.Mark点标记最小的直径为1.0mm,最大直径是3.0mm,Mark点标记在同一块印制板上尺寸变化不能超过25 微米;
B.特别强调:同一板号PCB上所有Mark点的大小必须一致(包括不同厂家生产的同一板号的PCB);
C.建议将所有的Mark点标记直径统一设为1.0mm。
9)空旷区要求
在Mark点标记周围,必须有一块没有其它电路特征或标记的空旷面积。空旷区圆半径 r≥2R , R为MARK点半径,r达到3R时,机器识别效果更好。
10)材料
Mark点标记可以是裸铜、清澈的防氧化涂层保护的裸铜。如果使用阻焊(soldermask),不应该覆盖Mark点或其空旷区域
11)MARK点的光亮度应保持一致。
12)平整度:Mark点标记的表面平整度应该在15 微米之内。
13)对比度
A.当Mark点标记与印制板的基质材料之间有高对比度时可达到最佳的识别性能
B.对于所有Mark点的内层背景必须相同