Comment empêcher le courant ESD de circuler dans le PCB lors de la conception de PCB

Nous avons récemment réalisé des tests ESD sur des produits électroniques. Les résultats de ces tests ont révélé l'importance cruciale de ces tests : si la conception du circuit imprimé est défectueuse, l'introduction d'électricité statique peut provoquer des pannes, voire des dommages aux composants. Auparavant, je ne remarquais que les ESD endommageaient les composants, mais je ne pensais pas que nous devrions accorder autant d'attention aux produits électroniques.

Les décharges électrostatiques (DES) sont également appelées décharges électrostatiques. Selon les connaissances acquises, l'électricité statique est un phénomène naturel, généralement généré par le contact, la friction, l'induction et d'autres méthodes entre appareils électriques. Ses caractéristiques sont une accumulation prolongée, une tension élevée (pouvant produire des milliers, voire des dizaines de milliers de volts d'électricité statique), une faible quantité d'électricité, un faible courant et une courte durée d'action. Pour les produits électroniques, une conception DES mal conçue peut entraîner une instabilité, voire une détérioration, des équipements électroniques et électriques. Il existe généralement deux méthodes de test de décharge DES : la décharge par contact et la décharge dans l'air. La décharge par contact est une décharge directe sur le dispositif testé ; la décharge dans l'air, également appelée décharge indirecte, est causée par un fort couplage de champ magnétique avec la boucle de courant adjacente. La tension d'essai de ces deux tests est généralement comprise entre 2 kV et 8 kV, et les exigences varient selon les régions. Par conséquent, avant de concevoir un produit, il est nécessaire de comprendre le marché des circuits imprimés ciblé par le produit. Ces deux situations sont des tests de base pour les produits électroniques, lorsque le corps humain entre en contact avec le dispositif et ne peut pas fonctionner en raison de son électrification ou pour d'autres raisons. 

L'humidité varie d'une région à l'autre, mais la production d'électricité statique varie également selon l'humidité de l'air. Le tableau suivant présente les données recueillies, montrant que l'électricité statique augmente avec la baisse de l'humidité. Cela explique aussi indirectement la formation d'importantes étincelles d'électricité statique lors de l'épilation en hiver dans le nord de la Chine. Face à ces dangers, comment s'en protéger ? La conception d'une protection électrostatique repose généralement sur trois étapes : empêcher les charges externes de pénétrer dans les circuits imprimés et de les endommager ; empêcher les champs magnétiques externes d'endommager les circuits imprimés ; et prévenir les dangers liés aux champs électrostatiques.

Dans la conception réelle de circuits imprimés, nous utiliserons une ou plusieurs des méthodes suivantes pour la protection électrostatique : 

 1. Diode à avalanche pour la protection électrostatique :  Cette méthode est également couramment utilisée en conception. Elle consiste généralement à connecter une diode à avalanche à la terre sur les lignes de signaux clés. Cette méthode exploite la réactivité rapide et la stabilité de la diode à avalanche, permettant ainsi d'absorber rapidement la haute tension accumulée pour protéger le circuit imprimé. 

 2. Protection des circuits par condensateur haute tension :  Dans cette approche, des condensateurs céramiques d'une tension de tenue d'au moins 1,5 kV sont généralement placés aux connecteurs d'E/S ou aux emplacements de signaux clés, et les fils sont maintenus aussi courts que possible afin de réduire leur inductance. L'utilisation de condensateurs à faible tension de tenue les endommagera et perdra son efficacité de protection. 

 3. Utiliser des billes de ferrite pour la protection des circuits :  elles peuvent atténuer le courant ESD et supprimer les radiations. Face à deux problèmes, les billes de ferrite constituent un choix judicieux. 

 4. Méthode de l'éclateur :  Cette méthode est applicable aux matériaux monoblocs. La couche microruban en feuille de cuivre est constituée de feuilles de cuivre triangulaires dont les extrémités sont alignées. Une extrémité de la feuille de cuivre triangulaire est connectée à la ligne de signal et l'autre à la terre. En présence d'électricité statique, une décharge se produit, consommant de l'énergie électrique. 

 5. Utiliser un filtre LC pour protéger le circuit :  un filtre LC réduit efficacement l'électricité statique haute fréquence pénétrant dans le circuit. L'inductance et la réactance empêchent efficacement les décharges électrostatiques haute fréquence de pénétrer dans le circuit, tandis que le condensateur dérive l'énergie haute fréquence des décharges électrostatiques vers la terre. Ce type de filtre permet également de lisser les fronts de signal, de réduire l'influence des radiofréquences et d'améliorer encore l'intégrité du signal. 

 6、Protection ESD des cartes PCB multicouches :  Le choix d'une carte multicouche est également un moyen efficace de prévenir les ESD lorsque les fonds le permettent. Dans les cartes multicouches, comme il existe des plans de masse complets à proximité du câblage, l'ESD peut se coupler plus rapidement au plan à faible impédance, protégeant ainsi les signaux clés. 

 7. Méthode de rétention pour le ruban de protection autour de la carte de circuit imprimé :  Cette méthode est généralement utilisée pour tirer le câblage sans assemblage ni couche de soudure autour de la carte de circuit imprimé. Si les conditions le permettent, connectez le câblage à la coque. En même temps, faites attention à ne pas former de boucle fermée afin de ne pas former d'antenne annulaire causant plus de problèmes 

 8、Protection des circuits à l'aide de dispositifs CMOS ou TTL avec diodes de serrage :  Cette méthode utilise le principe d'isolation pour protéger la carte de circuit imprimé. Étant donné que ces dispositifs sont dotés d'une protection par diodes de serrage, cela réduit la complexité de la conception dans la conception réelle du circuit. 

 9、Utilisez fréquemment des condensateurs de découplage :  ces condensateurs de découplage doivent avoir de faibles valeurs ESL et ESR. Pour les condensateurs de découplage ESD basse fréquence, réduisez la zone de boucle.