ESD测试与整改设计参考.ppt

ESD測試與整改設計,目錄,1 名詞解釋 2 ESD測試設備 3 ESD標準檔 4 ESD測試要求 5 ESD設計思路與經驗 6 ESD整改思路與經驗 7 ESD生活小提示,1 名詞解釋,ESD = Electro Static Discharge EUT = Equipment under test EMC = Electro-Magnetic Compatibility = EMI+EMS EMI=Electronic-Magnetic Interference =Conducted Emissions (AC/DC)+Radiated Emission）+（Harmonics/Flicker）諧波電流測試 EMS=Electronic-Magnetic Susceptibility=輻射（Radiated Immunity）+（RF Conduct Immunity）+靜電放電（ESD)+電快速瞬變脈衝（BURST)+浪湧（Surge)+電壓變化、突降/中斷（Voltage dips and interruptions）+,EOS=Electrical Overstress (EOS) ,指所有的過度電性應力。超過其最大指定極限後，器件功能會減弱或損壞。Esd是造成Eos的原因之一，但是不一定造成EOS，很多其他的原因也造成Eos。 國際電子電機委員會/IEC:International Electro technical Commission, is the international standards and conformity assessment body for all fields of electro technology. 耦合板=coupling plane, 一塊金屬片或金屬板, 對其放電用來模擬對EUT附近的物體放電, 做間接放電實驗. 個人感覺這個板還有作為EUT的參考地的作用,所以做ESD實驗的時候, EUT要求放在水準耦合板的板邊0.1米以內, 如果EUT過大,需要增加耦合板. 保護目標：ESD容易發生問題的元件或模組，需要提供ESD保護措施。比如主ic,memeory,flash,etc.。,2 ESD測試設備,1)靜電放電發生器, 下圖是某兩種設備. 一般打接觸放電的用尖頭,空氣放電用圓頭.,2)臺式設備,試驗配置: 一個放在接地參考平面上的0.8m高的木桌, 放在桌面上的水準耦合板(HCP)面積為1.6m *0.8m, 垂直耦合板(VCP)面積為0.5m*0.5m, 一個厚0.5mm厚的絕緣墊,將EUT電纜與HCP隔離. 接地參考平面,應是一種最小厚度為0.25mm的銅或鋁的金屬薄板,其它金屬材料雖可使用,但它們至少有0.65mm的厚度.接地參考平面的最小尺寸為1平米.實際的尺寸取決於EUT的尺寸,而且每邊至少應伸出EUT或耦合板之外0.5m,並將它與保護地系統相連. 耦合板:應採用和接地參考平面相同的金屬和厚度,而且經過每端分別設置470K 的電阻與接地參考平面連接,3 ESD標準檔,GBT 17626.2 -2006: 中國國家標準，整機ESD測試; IEC60001-4-2 :2001: IEC標準，整機ESD測試; JEDEC JESD22-A114-B: 美國美國電子工業聯合會標准,人體模型條件下電子元件的的靜電放電敏感度試驗； ESDA ESDSTM5.1：美國靜電放電協會標准,人體模型條件下電子元件的的靜電放電敏感度試驗；,器件ESD測試標準，目前此類的標準劃分了整機和元器件兩個級別，前者通常列為EMC測試的一種，主要用於測試產品在使用和維修當中耐受靜電放電的能力，典型的標準時IEC61000-4-2；後者主要用於測試元器件耐受靜電的能力，劃分為HBM（human-body model人體模型）、MM（machine model機器模型）和CDM（charged device model帶電器件模型）三種模型，標準規定測試電路和方法。典型的標準MIL883、ESDSTM5.1、ESDSTM5.2、ESDSTM5.3.1、JESDD22-114等。主要的標準組織包括美*標（MIL）、美國靜電放電協會（ESDA）、國際電子電機委員會（IEC）美國電子工業聯合會（EIA/JEDEC）、汽車電子工業協會（AEC）和國際電子工程師組織（IEEE）等。早期的標準在上世紀六七十年代就已形成，主要的標準基本一致，2000年後無太大變化，目前新標準的發展以ESDA的居多 ,4 ESD測試要求,一般一個端子=10次單次放電, 每次放電的時間間隔=1秒。 能接觸到的端子打接觸放電;不能直接接觸的端子,比如按鍵,打空氣靜電;但是有些廠家也要求接觸到的端子也打空氣放電。 各廠家要求的放電等級不同,國標ESD等級參考下一頁的圖表;接觸放電一般的要求系統能夠自動恢復的電壓值：海爾/Skyworth : 8kv; Hisense / TCL :6kv; Konka/Xoceco:4kv; Changhong內銷好象不打。,ESD放電波形（來源於GBT 17626-2),5 ESD設計思路與經驗,ESD現象在日常生活中經常發生, 售後回饋裡也有不少ESD的品質問題，所以開發人員要搞好ESD，提升產品可靠性。如果產品ESD特性不好，問題回饋不斷，一定不是大家所希望的。 一）ESD設計一般的三個方向:降低減弱ESD放電對保護目標的衝擊強度;增加保護目標ESD免疫力(Robust); Software看門狗/reset。 怎樣降低減弱ESD放電對保護目標的衝擊強度？ 一般是割地/串電阻磁珠/加esd器件/對地並電容/減短目標器件的pin腳引線； 怎樣增加保護目標的抗ESD強度(Robust)？ 一般是增加目標的參考地的完整性/減小供電電源的高頻電流環路的面積/降低輸入端子子對參考地的高頻輸入阻抗/IC設計時在內部集成esd/外加接地遮罩罩； 怎樣加看門狗/reset？ 軟體看門狗，就是主迴圈死掉就reset；加狀態檢測是看寄存器/io口狀態對不對，不對就reset。,二) ESD對保護目標的衝擊一般有三個途徑:地的傳導，信號線+電源線+I/O線上的傳輸，空間的輻射。都控制好了，就可從衝擊路徑上解決ESD問題。 三電子產品的結構工程師、軟硬體工程師在設計初始就能互相配合, 讓結構注意防寫的控制正確；,3) 硬體ESD設計. 1 儘量保證主ic的每個電源腳就近有個瓷片去藕電容，大小一般為100n,當然如果兩個電源腳電壓相同,性質相接近,可以考慮兩個腳共用一個電容,可以節省空間 ; 在Layout的方法上, 建議電源腳附近的去藕電容要儘量靠近主ic;如果有可能，電源的走線是先經過電容，後到主ic的電源腳, 這種layout方法不僅對esd有效，對emi的特性也有非常有效; 如果電源腳的臨近的pin是該電源的地,去藕電容放在top層,那麼請儘量在top層就近把該電容的地連到ic的接地pin。這樣的走法可以減少環路面積,讓所包含的場流量減小，其感應電流減小。,此圖為Layout放置電容的一個例子,2 儘量保證主ic 的每個i/o 腳、信號腳附近有個串接的限流電阻，大小從10R-10K，具體的值視信號要求而定。 3 儘量保證主ic 的每個adc 腳、ir 腳附近有個下地的電容，大小從10p-100n，具體的值視信號而定。,此原理圖為按鍵+遙控的ESD設計參考,4 視頻端子輸入的信號線上儘量預留bav99/壓敏電阻,串接電阻, 或其他的esd器件。 5 若有vga 的線上升級設計，RX、TX 上可以分別串接100R電阻和分別增加bav99(或壓敏電阻)來增強esd特性。 6 e2prom的I2C上可以分別串接100R電阻和增加bav99或電容來增強e2prom的抗esd特性。,7 i/o腳、信號腳串接的防靜電限流電阻要放在ic附近，大概在4 排或5 排以內都會有很好的效果。這種layout方法可以有效的抑制輻射過來衝擊電流，對esd、打火都有效，對emi 也有一定的好處。 8 視訊訊號的bav99 或其他esd器件要靠近插座。 9 flash和spi信號上的排阻都要靠近主ic。這種layout方法對esd、emi和圖像干擾都有好處，也是改善flash丟程式問題的有效措施之一。 10 靜電電流通向電源模組的地要足夠大和寬，通道要直接和通暢。一般要保證=3mm，而且越寬越好。 11 合理的割地，但是割地一般是和EMI等特性矛盾的，所以割地要合理，一般要在割開的縫隙之間留個可以焊回去的option.,6 ESD整改思路與經驗,1）軟體（與設計思路差不多），把不用的IO口設置為低電平;加看門狗;對保護目標的狀態位元進行檢測; 協助硬體工程師分析哪些模組發生異常。 2）硬體，先通過各種手段分析ESD對保護目標衝擊的源頭+ 途徑+具體位置，然後設法加以措施改善，並且優先使用合理的容易實現的措施。 源頭：找出哪個端子打ESD容易發生問題，空氣放電還是接觸放電容易發生問題，然後抓住問題點增加測試次數或增加放電電壓，讓EUT出故障；保留現場，多多分析一下故障，比如可以debug一下，操作一下按鍵遙控等等，以便於得到更多的資訊。,途徑：分清楚ESD的衝擊是從哪種途徑干擾到了保護目標:地的傳導/信號線+電源線+IO線上的傳輸/空間的輻射。這個分析很重要，比如，如果ESD衝擊是空間輻射過去的，那麼再怎麼割地也沒有用的。 具體位置：分清楚是圖像 or 伴音 or memory 出問題？如果是圖像，搞清楚是AFEC/VD /COMB/SCALER /MEMORY /TCON 等等，哪一個模組出問題；分清楚保護目標的哪個部位感應到了ESD衝擊？電源pin腳地pin腳reset/信號的ip&op/io口懸空的pin都有可能是ESD衝擊的目標。,實際的ESD例子： （1）MST5C36 （LOPEZ）打靜電無聲。 軟體上，看audio dsp 是否死機，就是看2d 54 /56 /58h 的值是否在變化，不變化的時候就是死機的徵兆；如果audio dsp 死機，可以用軟體reset 的辦法解決問題； 硬體上，audio 的電源的去藕電容要就近IC 擺放，伴音的各路輸出輸入都要串接電阻，Sif 的兩個IP對地預留5.6k-10K 的電阻；還有加遮罩罩的辦法也可以試一試，但是由於增加了成本，所以不可取，不到不得已，不要用這個辦法。,（） MST5C26 （PAULO1）打靜電無圖像。 用割地的辦法解決問題，參考下圖，同時把AVDDA的電源增加了100uF電容，去耦電容放置得更近：,(3) 209方案打空氣放電8000v無聲。 經過檢查,是從cvbs ip 進去的, 在av ip通道上串接一個小磁珠,解決問題。這個問題很奇怪的是靜電衝擊從圖像ip進去，把伴音（可能是adc）幹掉了，所以做故障排察實驗的時候，有時候要按步驟來，該不該斷開的電阻不麻煩就先斷開看看？不能太拘泥於理論分析。（閒話：人的認知有時候存在盲點，有時候真