تکنیک های طراحی PCB : حفاظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
نکات مهم برای حفاظت تجهیزات الکترونیکی در برابر تخلبه الکتریسیته ساکن (ESD) و نکات مهم درباره روش های طراحی بردهای حفاظت شده
حفاظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
اثرات ESD بر روی بردهای الکترونیکی
نوشته شده توسط :
مهندس محمد علی نکوئی
ESD چیست؟
تخلیه الکترواستاتیک که به اختصار ESD نامیده میشود ، پدیده ای است که زمانی که، دو جسم با اختلاف بار الکتریکی به یکدیگر نزدیک میشود رخ میدهد . در لحظه ای ماده نارسانا (دی الکتریک) بین این دو شکسته شده و بار را عبور میدهد. شکل رایج این پدیده رعد و برق است که همه میشناسیم ، گاهی جرقه های کوچکی را در هنگامی که برخی از لباس های پشمی دست میزنیم حس کرده ایم ، اینها نمونه هایی از تخلیه با الکتریکی یا همان ESD است.
ESD چگونه بر روی مدارات الکترونیکی تاثیر میگذارد؟
وقتی یک برد الکترونیکی به یک جسم با بار مخالف نزدیک شود در خطر تخلیه الکتریکی یا ESD قرار میگیرد . اگر دو جسم به یکدیگر برخورد کنند ، بار تخلیه شده و اسپایکی با ولتاژ بسیار بالا ایجاد میشود.زمانی که اسپایک از بین میرود ، میدان الکترومغناطیسی ایجاد میشود. به همین علت مهم است که اثر تخلیه بار الکتریکی را به حداقل برسانیم که به آن حفاظت در برابر ESD میگویند.
تراشه های جدید دارای آستانه تحملی برای ولتاژهای بالا هستند ، اما یک ESD میتواند به اندازه اعمال یک ولتاژ خارج از محدوده عملکرد تراشه مخرب باشد. بنابراین باید در طراحی PCB فاکتورهای مهم جهت حفاظت در برابر ESD لحاظ شود. حتی شاید نیاز باشد تا طراحی های قدیمی را برای رفع این مشکلات بازنگری کنید.
ESD در شکل های مختلفی وجود دارد ، در حالی که عمولا نیاز به چندین هزار ولت در تخلیه ESD است تا برای بدن یک شخص قابل تشخیص باشد ، حتی یک تخلیه کوچک میتواند برای یک قطعه نیمه هادی که در مسیر تخلیه است مشکل ساز شود.
ایرادات اساسی :
به ایرادات دائمی به دستگاه اطلاق میشود که میتوان با تست های تشخیص کارایی دستگاه آنها را مشخص نمود
ایرادات پنهان :
به ایراداتی گفته میشود که کارایی دستگاه در یک تخلیه الکتریکی دچار نقصان شده باشد اما هنوز دستگاه کار میکند ، هرچند این تخلیه بر طول عمر دستگاه تاثیر گذاشته و باعث شده تا دستگاه غیر قابل اطمینان شود.
تاثیرات زیان بار ESD
درحالی که خرابی های مهم را میتوان در مراحل اولیه تولید یک محصول تشخیص داد ، اما خرابی های پنهان ایجاد شده ناشی از تخلیه الکتریکی به طور عادی قابل تشخیص نیستند و از آنجا که محصول از با یک بازرسی ساده از فرایند تولید و کنترل کیفیت عبور میکند ، هیچگاه این ایرادات به نظر نمی رسند این درحالی است که خرابی های پنهان میتواند علاوه بر خدشه دار کردن اعتبار شرکت بسیار پرهزینه باشد.
چه چیزی باعث ایجاد یک تخلیه الکتریکی میشود؟
ESD میتواند به واسطه فعالیت هایی به ظاهر عادی ایجاد شود ، مثل جازدن یک کابل در یک کانکتور! بنابراین مهم است که اتصالات خارجی برد مانند کانکتور ها و کابل هایی که به برد متصل میشودند و میتوانند برد را درمعرض تخلیه الکتریکی قرار دهند حفاظت کنید.
بنابراین ، اقدامات احتیاطی رایجی که میتوانید برای حفاظت از PCB خود در برابر ESD انجام دهید شامل موارد زیر میباشد :
- استفاده از سطوح یا پد های مسی برای اتصال کانکتورها
- مجزا نگه داشتن PAD ها از زمین مدار
- استفاده از قطعات سرکوبگر ولتاژ گذرا (Transient Voltage Suppressor) برای حفاظت از برد
حتی بهتر است یک ناحیه مشخص شده در محل کار را برای حفاظت ESD درنظر بگیرید که در این فضای مشخص تمامی سطوح ، اجسام ، اشخاص و تجهیزات حساس به ESD هم پتانسیل نگه داشته میشوند ، عموما تمامی صفحات به زمین متصل میشوند ، این منطقه باید با علامت مشخص شود و فقط برای پرسنل آموزش دیده در دسترس باشد ، محصولات نصب شده در این ناحیه باید به صورت دوره ای بررسی شوند درحالی که همه عایق های غیر ضروری برداشته شده باشند. همچنین شناسایی موارد حساس به ESD ضروری است و کارکنان نیز باید آموزش کافی درباره شناخت تهدید و نحوه کنترل ESD دیده باشند و ملزم به اجرای آن ها باشند
نکات طراحی برد مدارچاپی (PCB)
علاوه بر موارد گفته شده ، روشهای متفاوت طراحی برد میتواند راهکارهای زیادی را برای حفاظت از PCB به همراه داشته باشد ، برخی از این تکنیک ها به شرح زیر می باشد.
- حذف حلقه های مداری (Loop): حلقه ها میتوانند منجر به جریان های ناخواسته شوند ، اسپایک های جریانی ناخواسته میتوانند در هر حلقه ای وارد شوند و اثرات نامطلوبی را درسیستم ایجاد کنند ، بنابراین سعی کنید و مواظب باشد تا در طراحی حلقه ای ایجاد نشود.
- استفاده از لایه زمین در طراحی برد : استفاده از یک لایه به عنوان صفحه زمین در طراحی برد میتواند کمک بسیار مهمی در کاهش حلقه ها و درنتیجه جریان های ناخواسته باشد.
- کاهش طول خطوط: کاهش طول خطوط باعث کاهش انرژی تششعی دریافتی شده و باعث کاهش اسپایک های ناشی از تخلیه الکترواستاتیک می گردد.
- اثرات سلفی ناخواسته مدار را به حداقل برسانید : کاهش اثرات سلفی ناخواسته مانند اثر سلفی ایجاد شده از خطوط مدار و یا اثر سلفی قطعات استفاده شده باعث میشود تا مدار حفاظتی شما به طور موثری عمل نماید. به همین منظور سعی کنید طول خطوط را به حداقل ممکن برسانید و از قطعاتی استفاده کنید که اثر سلفی ناخواسته کمتری دارند ، به طور مثال قطعات SMD به مراتب بهتر از قطعات پایه دار هستند .
- از کشیدن مسیر های حساس در لبه های برد پرهیز کنید : لبه های PCB نسبت به بقیه نواحی بسیار مستعد تر به تخلیه الکترواستاتیک هستند ، بنابراین خطوط حساس را از این نواحی دور نگه دارید.
با کوچکتر شدن مدار الکترونیکی ، حساسیت به ESD رو به افزایش است. از این رو آنچه که افزایش می یابد نیاز به حفاظت مناسب از ESD است.
در مداراتی که هیت سینک آلومینیومی یا بدنه فلزی دستگاه در فاصله کمی از قطعات حساس و یا برد قرار دارد ، بهتر است با استفاده از یک ارتباط فلزی مسیری را برای عبور با الکتریکی به زمین ایجاد کنید ، تا جریان ایجاد شده وارد مدار نشود.
تکنیک های طراحی PCB : آبکاری دیواره ها
آبکاری لبه یا Side Plating یکی از تکنیک های شیلد کردن در بردهای فرکانس بالاست ، این فرایند که توسط کارخانه های تولید برد مدارچاپی انجام می شود مشابه آبکاری ویاها و سوراخ هاست اما نکاتی دارد که باید برای طراحی برد آنها را بدانید
تفاوت منبع تغذیه خطی با منبع تغذیه سویچینگ
منابع تغذیه خطی و سویچینگ دو نسل متفاوت و بسیار پرکاربرد از مبدل های ولتاژ و جریان هستند ، هریک از این تکنولوژی ها دارای معایب و مزایا و در نتیجه کاربرد خاص خود می باشند . در این مقاله سعی کردیم تا شما را با تفاوت ها و نکات مهم دراین باره آشنا کنیم