一前言
靜電(ESD),在EMS中不可忽視的一個板塊。不管產(chǎn)品怎么升級迭代,對于如何進(jìn)行靜電防護(hù)都是比較頭疼的。雖然我們有對應(yīng)的靜電防護(hù)器件靜電管,但靜電防護(hù)本身不是單個器件就能解決的,它受多種因素影響,例如PCB畫板與走線、芯片方案、地阻抗平衡與接地等。
二靜電測試標(biāo)準(zhǔn)與方式
1.測試標(biāo)準(zhǔn)
圖2 靜電標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)中包含有標(biāo)準(zhǔn)適用的范圍、術(shù)語和定義、試驗(yàn)等級、試驗(yàn)發(fā)生器、試驗(yàn)配置試驗(yàn)結(jié)果評價等內(nèi)容,不同的產(chǎn)品可以參考已有標(biāo)準(zhǔn)來制定靜電測試計劃。
2.測試目的與放電方式
【目的】:試驗(yàn)單個設(shè)備或系統(tǒng)的抗靜電干擾的能力。
它模擬:
(1)操作人員或物體在接觸設(shè)備時的放電
(2)人或物體對鄰近物體放電
【直接放電】:
直接對受試設(shè)備實(shí)施放電,包括接觸放電和空氣放電;
【間接放電】:
對受試設(shè)備附近的耦合板實(shí)施放電,以模擬人員對受試設(shè)備附近的物體的放電。
三案例分享
1.案例簡介
今天端上桌的案例是一個車載香氛,它的測試阻容參數(shù)是:
330pF 2KΩ,測試等級:接觸8KV、空氣15KV
(注:由于沒有手能直接接觸到的金屬與座子,主針對空氣放電進(jìn)行整改;進(jìn)行產(chǎn)品使用過程的靜電模擬)
圖3 車載香氛產(chǎn)品圖
2.摸底測試
【放電模式】:空氣放電
【放電位置】:出風(fēng)口、按鍵縫隙
圖4 放電位置
【測試現(xiàn)象】:
±10KV芯片內(nèi)部邏輯損壞,信號指示燈常亮,重啟不能恢復(fù)。
【分析原因】:
從下圖的簡單架構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)靜電對按鍵板進(jìn)行干擾,它的主要路徑是從控制信號的排線進(jìn)入主板,然后從主板的地線回到靜電槍;次要路徑就是耦合板回到靜電槍。
圖5 簡單架構(gòu)與回路
【整改思路】:
(1)在每根控制線上加靜電管進(jìn)行一級防護(hù),同時串磁珠并電容來進(jìn)行濾波。
(2)兩塊PCB板之間只通過排線上三根地線連接,同時為了組裝排線比較長。更換為FPC排線,加強(qiáng)兩塊板直接的地連接,避免地阻抗不平衡。
圖6 措施
3.整改后驗(yàn)證
產(chǎn)品能通過±10KV測試,在15KV放電時依舊損壞,不能達(dá)到±15KV的要求。
我們通過調(diào)整靜電管、磁珠與電容的參數(shù)驗(yàn)證都沒有任何改善,到這里其實(shí)我們也沒有太多的思路,因?yàn)閺奈覀兎治龅闹饕窂匠霭l(fā),我們已經(jīng)在路徑上進(jìn)行防護(hù)與濾波,但不能完全把干擾堵住。
后面我們通過不斷驗(yàn)證觀察,發(fā)現(xiàn)我們忽略了一個很小的細(xì)節(jié)。通風(fēng)口的過濾網(wǎng)正面我們用萬用表點(diǎn)過,客戶也反饋說不是金屬,不導(dǎo)電。當(dāng)我們觀察測試的時候發(fā)現(xiàn)這個通風(fēng)網(wǎng)明顯跟按鍵板產(chǎn)生了拉弧放電。
圖7 二次放電
當(dāng)我們更換了塑料的外殼后驗(yàn)證,產(chǎn)品成功通過±15KV的測試。
四總結(jié)
靜電就像個不聽話的搗蛋鬼,它每次都會把他的小情緒發(fā)泄在我們的電子產(chǎn)品上跟我們身上。從這個案例我們發(fā)現(xiàn),其實(shí)二次放電的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們靜電槍直接對對應(yīng)點(diǎn)位的干擾,他讓干擾路徑變得飄忽不定,讓濾波措施失效,同時還會導(dǎo)致干擾強(qiáng)度進(jìn)行一個提升。最后,對于靜電我們不希望有太多的“浮地”,我們需要的是一塊完整充分相連的地平面去防護(hù)PCB板上的器件。
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