Utiliser la mise à la masse pour protéger votre circuit imprimé contre les dommages causés par les ESD

Capitaine Kirk et Spock tenant des phasers
Crédit éditorial : Willrow Hood / Shutterstock.com

 

 

C'est seulement au collège que j'ai commencé à imaginer l'ingénierie comme une carrière possible en dehors de la salle des machines de l'un des épisodes de Star Trek, même si, inconsciemment, cela m'intéressait énormément, sans aucun doute. Tous les signes étaient là depuis longtemps, étant donné que je pouvais nommer tous les ingénieurs en chef de Star Trek, et l'affaire a été entendue quand j'ai été hyper excité de recevoir un bracelet anti-statique comme cadeau. Vous n'en avez pas un dans votre boîte à bijoux ? Eh bien, il est composé d'une sangle élastique possédant une large bande métallique qui se colle à votre peau et d'un câble avec une pince crocodile que vous aurez attaché à la masse. Il n'y avait que l'internet bas-débit à l'époque, mais cela ne m'empêchait pas de passer des heures à attendre que les pages se chargent afin de pouvoir comprendre comment me mettre à la masse. Armé de mon bracelet, j'ai convaincu mes amis de m'embaucher pour améliorer la mémoire vive de leur ordinateur, ou de simplement me laisser ouvrir leur ordinateur.

 

 

Installation de RAM dans un PC

Bien que la mise à la masse puisse être aussi simple que de toucher un objet métallique et de ne pas trainer ses pieds, il est préférable de se mettre à la masse avant de manipuler n'importe quel élément sensible aux ESD.

 

 

La mise à la masse comme protection contre la décharge électrostatique est nécessaire à diverses étapes du développement de vos produits. Quand vous manipulez des produits sensibles, telles que des cartes RAM, la bonne pratique consiste à utiliser un tapis contre les ESD et à vous mettre à la masse. Vous pouvez également protéger vos produits contre les ESD en les concevant correctement. Il est préférable d'appliquer de bonnes pratiques de mise à la masse lors de la conception de vos circuits imprimés et de réduire la dépendance aux pratiques de manipulation sûre. Comme dirait Spock, il est illogique de supposer que tous les futurs clients ou installateurs se mettront obsessivement à la masse quand ils manipuleront des produits sensibles.

Utilisez des plans de masse

Il existe de nombreuses façons d'utiliser la mise à la masse comme protection contre les ESD, mais l'utilisation d'un plan de masse devrait être une priorité. Bien qu'il ne soit pas toujours possible d'utiliser une construction multicouche, le plan de masse peut réellement vous aider si la protection contre les ESD vous préoccupe. Comme vous le savez, une soudaine décharge de tension provoquera des champs électromagnétiques. Un plan de masse correctement connecté peut limiter les dégâts causés par ceux-ci en détournant le courant des composants sensibles.

L'utilisation d'un plan de masse vous propose un autre moyen de réduire la superficie des boucles de circuit alimentées pour mettre les pistes à la masse. En réduisant la superficie des boucles de circuit, vous réduirez l'ensemble des interférences électromagnétiques produites dans la zone de la boucle, ce qui réduira à son tour le courant associé pouvant circuler dans des composants dans lesquels il ne devrait pas.

Protégez vos plans de masse

Malgré tous les avantages que peut avoir un plan de masse, il peut également faire office de chemin direct vers vos composants sensibles si une impulsion ESD est directement libérée dans celui-ci. Afin d'éviter ce genre de dégâts, pensez à utiliser des circuits suppresseurs de tension transitoire entre l'alimentation et la masse sur les composants sensibles afin de dévier les courants induits. Quand ceux-ci sont correctement mis en place, le différentiel de tension subi par les composants sera maintenu à la tension de blocage du suppresseur de tension transitoire.

Vous pouvez également utiliser des condensateurs de dérivation à haute fréquence entre l'alimentation et la masse sur les composants sensibles. Les condensateurs réduiront l'injection de charge et les différences de tension entre l'alimentation et la masse. Maintenez ces condensateurs et votre suppresseur de tension transitoire près des composants dont la protection vous préoccupe.

En complément, vous devriez utiliser une plage de cuivre quand vous fixez les connecteurs à votre circuit imprimé. Veillez à ce que la plage soit séparée de la masse du circuit imprimé car, si ce n'est pas le cas, vous venez de créer un joli chemin à faible résistance permettant aux ESD d'atteindre tous vos composants et ce, même si vous avez mis en place toute cette protection supplémentaire. Et, de façon générale, vous devriez réduire au minimum la longueur des chemins partout où vous le pouvez.

Utilisez une masse de châssis

Au même titre que vous vous mettez, vous et une tour informatique, à la masse avant de retirer des éléments, vous pouvez mettre le boitier externe de votre produit à la masse. En permettant à votre carte et à votre châssis de partager une masse, vous pouvez améliorer la mise à la masse de l'ensemble du système. L'un des moyens les plus faciles de mettre en place la mise à la terre d'un châssis et de prévoir une « vis de châssis » qui relie le plan de masse au châssis. Cependant, vous devez vous assurer que vous utilisez les entretoises adéquates afin que les autres composants ne soient pas écrasés ou court-circuités par le boitier un fois le circuit imprimé vissé à l'intérieur.

 

 

Installation d'une vis sur un circuit imprimé

Utiliser une vis de châssis peut vous aider à ancrer votre circuit imprimé à votre boitier externe puis à la masse.

 

 

De plus, la mise à la masse avec une vis de châssis rend les circuits de protection contre les ESD plus efficaces quand vous utilisez un suppresseur de tension transitoire aux entrées. Souvenez-vous, il est utile de séparer la masse de châssis de la masse numérique et analogique à l'aide de composants inductifs. Ainsi, une décharge dans la masse ne sera pas accidentellement transmise à tous vos autres composants.

Si vous concevez des circuits ultra-rapides, vous savez qu'ils sera toujours plus difficile d'optimiser leurs performances. Ceci vaut tout particulièrement en cas de routage à travers plusieurs plans de masse, comme une couche de circuit imprimé et un châssis. Dans le meilleur des cas, vous pouvez directement relier le masse du châssis à la terre. Si ce n'est pas possible, vous devriez maintenir les plans de masse solidement liés les uns aux autres. Cela permettra de réduire au minimum les « décalages de la masse » autour des principaux composants.

Quand vous reliez votre châssis à la terre, Texas Instrument recommande de la laissez « à proximité immédiate » de la masse de votre suppresseur de tension transitoire ainsi que de la masse de la source probable d'ESD, généralement un blindage de connecteur à l'entrée.

 

 

Des doigts touchant un circuit imprimé pendant son nettoyage

Des doigts bien intentionnés peuvent causer beaucoup de dégâts involontaires lors de l'installation, du nettoyage et de l'inspection d'un circuit imprimé.

 

 

Mettre en place une mise à la masse appropriée dans votre conception peut vous protéger contre de nombreux dégâts causés par des doigts maladroits ou fureteurs, aussi bien intentionnés soient-ils. Et bien que cela ajoute un facteur de complexité lors de la conception de votre boitier et de vos entretoises, cela peut vous faire économiser beaucoup de temps passé à corriger votre conception. L'un des outils pour circuits imprimés pouvant vous aider à gérer les difficultés supplémentaires est la vérification des espacements en 3D d'Altium. En laissant Altium gérer l'espacement physique de votre carte et de votre boitier, vous pouvez vous concentrer sur le reste de votre conception. Vous pouvez dès à présent vous lancer avec Altium et réussir du premier coup !

 
 
 
 
 
 
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