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EMC整改分析——散热结构引起的ESD问题

发布时间:2017-04-26 责任编辑:wenwei

【导读】某产品采用金属外壳,对其进行ESD测试时,发现一螺钉位置对ESD及其敏感,对螺钉进行接触放电4kV,就会发现该产品中的某一PCB出现复位现象。经过观察分析,靠近敏感螺钉位置有一芯片,芯片上有约2.5cm高的散热器,该散热器并没有采取任何接地措施。在测试中,将散热器临时去掉后,该落螺钉位置的抗静电干扰能力达到了±6kV。
 
【现象描述】
 
某产品采用金属外壳,对其进行ESD测试时,发现一螺钉位置对ESD及其敏感,对螺钉进行接触放电4kV,就会发现该产品中的某一PCB出现复位现象。经过观察分析,靠近敏感螺钉位置有一芯片,芯片上有约2.5cm高的散热器,该散热器并没有采取任何接地措施。在测试中,将散热器临时去掉后,该落螺钉位置的抗静电干扰能力达到了±6kV。
 
 
【原因分析】
 
静电放电时,在很短的时间内会产生几十安的电流,而放电电流脉冲的上升在小于1ns之内完成,根据脉冲波最高谐振频率计算公式:
  
EMC整改分析——散热结构引起的ESD问题
(Tr为脉冲上升时间)
 
可知,静电放电的过程是一个高频能量的释放与传输过程,在传输的路径中一切敏感的线路或器件都将受到干扰,引起设备的误动作。
 
在此案例中,由于静电放电信号的高频谱特性使一些因结构特性形成的寄生电容不能忽略不计。图1是静电干扰传输路径及原理图。
 
图1中,C0表示测试点与散热器之间的寄生电容,C2表示散热器与芯片之间的寄生电容。静电干扰将从测试点同桂平C0,再经过C2进入芯片内部电路,从而从产品系统中表现出干扰现象。散热器的存在将大大增加测试点与芯片之间的容性耦合度,因为一方面散热器有着比芯片更大的表面积;另一方面散热器的存在缩短了与测试点表面积的距离。因此去掉散热器后,产品抗ESD能力增强。
 
EMC整改分析——散热结构引起的ESD问题
图1静电干扰传输路径与原理图
 
【处理措施】
 
经过以上的分析,只要将散热器接至地平面就可以了改变ESD干扰的传输路径,从而使芯片受到保护。图2箭头曲线表示散热器接地后的ESD传输路径。
 
EMC整改分析——散热结构引起的ESD问题
图1改进后的静电干扰传输路径与原理图
 
【思考与启示】
 
对于PCB上的金属体,一定要直接或间接地接到地平面上,不要悬空。另外,对于较敏感的电路或芯片,在PCB布局时尽量远离ESD放电点。
 
以上内容转载自赛盛技术。
 
 
 
 
 
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