不同外壳材质的防静电设计技巧

不同外壳材质的防静电设计技巧

在电子设备设计中，静电放电（ESD）是一个常见的问题，尤其对于不同材质的外壳，其防静电设计需要采用不同的策略。本文将详细介绍针对金属结构设备、塑胶结构设备以及其他特殊情况下的防静电设计技巧，帮助工程师们更好地应对ESD问题。

金属结构设备的防静电设计

金属结构设备因其导电性好而成为许多工业应用中的首选材料。然而，这种特性也使其容易受到静电放电的影响。为了有效应对这一问题，可以根据是否接地将金属结构设备分为两类。

一类设备：金属结构设备，金属外壳接大地

对于这类设备，解决ESD问题的核心原则是快速泄放静电电流。此类设备的放电点包括：外壳、连接器外壳、指示灯、复位按钮、拨码开关、电源开关等。

具体措施包括：

• 确定静电泄放路径：通过将设备外壳平铺开，从放电点到接地点画直线来确定静电电流的泄放途径。
• 检查路径通畅性：确保不存在结构孔缝导致静电场向设备内部辐射，并且放电点与接地点应在同一结构件上。

• 处理内部电缆干扰：改变电缆走线方式以远离放电路径或孔缝；在信号线上增加磁环切断静电感应的共模电流。
• 接地端子金属化处理：为保证大面积搭接，在螺钉落空四周作金属化处理。
• 连接器防护：确保连接器金属外壳与设备外壳良好接触，避免敏感电路靠近接口连接器。

对于面板显示屏、键盘等部位的ESD问题，最好的处理方法是在这些表面贴绝缘膜，使静电无法放电。同时，在控制线上加磁环进行静电脉冲抑制。对于有屏蔽金属丝网的显示屏，金属丝网要和结构件良好搭接。

二类设备：金属结构设备，外壳不接大地

此类设备如MP3播放器等，虽然外壳未接地但仍需采取适当措施防止ESD损害。此类设备主要放电点包括外壳、连接器外壳、指示灯、复位按钮、拨码开关、电源开关等部位，所以在出现静电问题时应该针对这些地方进行处理。

• 对于设备内电路和金属外壳无电连接，且设备内电路有电缆在远端接地的情况，处理措施是使其在外部接地的线和外壳相连，采用双绞线的方式传输信号。
• 对于设备内电路和金属外壳有电连接，且设备内电路有线在远端接地的情况，处理措施是去掉电路和外壳的连接，且使其在外部接地的线和外壳相连。同时，采用双绞线的方式传输信号。

塑胶结构绝缘外壳设备的防静电设计

塑胶作为非导电材料广泛应用于消费电子产品中，但其绝缘性质使得ESD防护更具挑战性。对于此类设备，以下几点尤为重要：

1. 绝缘外壳设备
   静电试验主要针对绝缘外壳(空气放电)、金属连接器外壳(直接放电)及塑胶连接器外壳(空气放电)。

解决策略如下：

• 空间隔离：使单板与绝缘外壳保持足够距离，特别是孔缝附近的PCB板必须远离结构孔缝。
• 表面贴膜：在键盘、显示屏表面贴绝缘膜阻止静电放电。
• 控制线加外装磁环：抑制静电脉冲。
• 屏蔽网搭接：对于带有屏蔽金属丝网的显示屏，确保金属丝网与结构件良好搭接。

2. 金属连接器外壳接触放电
   当金属外壳不是信号线回流地时(例如RS-232串口)，推荐采用以下方案：

• 单板划分PGND和GND区域
• 连接器金属外壳连接至PGND并通过接地电缆接入大地、PGND和GND无任何连接
• 每根信号线对PGND接入TVS管进行静电脉冲抑制。

特殊情况下的防静电设计

除了上述分类外，还有一些特殊场景需要特别注意：

1. 内部导电部件伸出外壳
   如果系统存在内部导电部件伸出外壳的情况，则应当让这些部分得到适当屏蔽并通过良好接地减少ESD耦合。

2. PBC板级抗静电设计
   PCB设计过程中可以通过分层、合理布局布线以及正确安装实现抗ESD能力提升。例如，高输入阻抗端口串联电阻可增强防护效果。

3. 静电屏蔽与磁场屏蔽
   敏感器件可通过静电屏蔽保护免受ESD影响。静电屏蔽通常使用导电良好的金属片阻挡电场力线传输。值得注意的是，经过屏蔽后即使不接地也能形成分布电容C02，从而起到分压作用降低干扰电压。

ESD器件关键参数要求

1. 硅基材料
2. 高分子材料
3. 普通压敏

总之，针对不同外壳材质的防静电设计，必须全面考量设备特性及其实际应用环境。无论是金属还是塑胶材质，其核心都在于通过合理的结构设计和材料选择，实现静电电流的快速泄放。在具体实施过程中，应灵活运用多种防护手段，以满足不同场景的需求。