ESD 训练资料PPT

1、PANJIT TVS/ESD Arrays,By：Evan luo 2010-4-22,硅ESD保护器件,ESD基础篇,ESD测试标准篇,目 录,ESD应用篇,ESD器件篇,什么是ESD？,ESD是代表英文Electrostatic Discharge即“静电放电”的意思。 什么是静电放电： 严寒的冬天，当你脱下毛衣，听到劈劈啪啪声 干燥的冷天，当伸手去开窗户，感到触电感觉 用手去抚摸家里的猫，发现猫竟然怒发冲冠 这些就是静电瞬间泄放(ESD) 产生的现象。静电瞬 间泄放导致电子零件的损坏,此种破坏是由于静电存 在所产生的高压将零件受损或破坏。 静电放电的产生： 通常物体保持电中性状态，这是由

2、于它所具有的正负电荷量相等的缘故。如果两种不同材料的物件因直接接触或静电感应而 导致相互间电荷的转移，使之存在过剩电荷，这样就产生了静电。,静电就在您的周围 人在走路或跑步就可以产生可观的静电。 下面是一个量测人体静电的实验： 静电压量表 不锈钢板 人(不带静电环) (Static Locator) ( 12x 12),绝缘架,量测时温度为24.5，相对湿度RH 为55 %。,一般地面,鞋子(皮鞋或球鞋),导线,ESD就在我们周围,A)上述条件测量结果 所穿鞋子 动作 产生静电压(Volts) 皮鞋 原地慢速踏步 150200 皮鞋 原地快速跑步 200250 球鞋 原地慢速踏步 200250

3、 球鞋 原地快速跑步 250350 B)当不同条件下，静电压之变化 产生方法 10%20%相对湿度 65%95%相对湿度 走过地毯 35,000 1,500 走过塑胶地毯 12,000 250 在椅子上工作 6,000 100 拿起塑胶文件夹 7,000 600 工作椅垫摩擦 18,000 1,500,ESD就在我们周围,ESD对半导体元件的破坏,日常生活中，ESD (Electro-Static Discharge，静电放电) 对于我们来说是一种常见的现象，然而对电子产品而言，ESD往往是致命的它可能导致元器件内部线路受损，直接影响产品的正常使用寿命，甚至造成产品的损坏。 电子产品轻薄化的发

4、展趋势使其对ESD防护要求越来越高，因此，电路设计必须提供一个有效的ESD和瞬态保护。 静电导致大约25的集成电路故障，并因此客户要求保修索赔。 随着半导体工艺向65nm 45nm以下转移，芯片集成度不断提高，IC外形尺寸变越来越小，但同时也更容易受到ESD损坏。,各半导体材料抗ESD能力比较,由上可知，大体而言只要100V以上的静电压就可以对半导体产生伤害。,晶片种类 静电破坏电压(Volts) MOSFET 100200 EPROM 100 JFET 1407,000 Op-Amp 1902,500 CMOS 2503,000 SCHOTTKY DIODE 3002,500 TTL 300

5、2,500 Bipolar Transistor 3807,000 ECL 500 SCR 68010,000,人体放电模式（HumanBodyMode）-普遍存在 HBM模式是操作人员在走动过程中，身体与衣物或鞋与地面发生摩擦积累静电，当人体与IC接触，静电会通过IC管脚导入IC器件内。 设备放电模式（Machine Mode） MM模式是设备生产运行过程中积累静电，当设备接触器件时，如果有电位差别，会产生ESD。 器件充电模式（ChargeDevice Mode） CDM模式是器件本身积累静电，会产生ESD。CDM模式放电速度快，造成的破坏力大。 电场感应模式（Field-Induced

6、Mode） 当IC经过某一电场时，相对极性的电荷会通过一些管脚释放掉。,静电放电模式,关键器件ESD能力,传统上，芯片制造商一直试图维持HBM要求的2,000V水平。 从成本效益比的角度来看，这已经被证明是件很难做到的事。,目前普遍接受的关键ESD保护电压水平约为500V。在这一水平， 芯片成本增加得较合理，良率水平也不会受到损害。这是因为 典型的晶圆厂和装配车间有将ESD限制在500V或以下的政策。,因此，即使所有的芯片组在裸片上包含一些ESD保护电路，其目 的也只是确保制造的高良率。不过，这一级别的ESD保护不足于 保护芯片组免受消费者实际使用手机时将会碰到的严重ESD事件 的伤害。在无法

7、预先控制的消费环境中，必须使用不同的ESD保 护规范。这就是IEC 61000-4-2。,静电破坏形态,ESD破坏： 功率产生：如热崩溃、 金属被熔融 电压产生：如介电质崩溃、表面崩溃 潜在性故障：如功能劣化、降级,例：接面崩熔 过大的电流通过接面时，产生极大的热量，使得接面崩熔。此种破坏是属于接面短路。,E B C,E B C,ESD导致问题,产品失效（产品不可靠）,客户抱怨,利润降低,高返修率,ESD测试标准,ESD行业标准和测试 IEC 61000-4-2 (国际认可) MIL STD 883 JEDEC A114 and A115 考虑到空气湿度和接触状况，HBM的范围在2KV-40K

8、V。,ESD测试标准-IEC61000-4-2,ESD保护器件,聚合体器件：,优点：具极低0.051.0 pF数量级的电容，主要应用高频线路中。 缺点：触发电平高达500V-1000V，嵌位电压高达150V，回复速度慢。,变阻器和抑制器：,优点：单价低、吸收功率高。 缺点：触发电平高、嵌位电压高150V-500V、动态电阻高2040导致大部分能力抵达受保护器件，而不是被旁路到地、电容/吸收能力参数存在老化。,ESD二极管：,优点：低的钳位电压，低电阻，快速开启时间和更高的可靠性、低的漏电流。 缺点：ESD冲击能力有限、价格高,ESD保护器件,多层压敏电阻(MLV)： 这类基于氧化锌的器件可提供

9、ESD保护和低级别的电涌保护。它们的小形状因子 (尺寸已下降到0402和0201)使得它们非常适合于便携式应用(如手机和数码相机等)。 硅保护阵列(SPA)： 这类分立和多通道器件设计用于保护数据线和I/O线免受ESD和低级别瞬态浪涌的伤 害。它的关键特性是非常低的钳位电压，这允许它们保护最敏感的电路。 聚合物ESD抑制器(PGB)： 这是最新的技术，设计用于产生最小的寄生电容值(0.2pF)。这一特性允许它们用 于高速数字和射频电路，而不会引起任何信号衰减。,ESD二极管选择,保护器件的选择取决于两个方面：受保护电路特性和外部应力特性,受保护电路特性：正常工作电压范围、可能产生破坏电压值 正

10、常工作范围内，要求保护器件的阻抗很高，保证了输入信号的完整 性。当超过正常工作范围的，保护器件就从高阻抗变为低阻抗，保证受保 护电路的正常工作。,外部应力特性：标准测试定义,测试标准详细给出了在一个特定的工作环境中一个产品必须符合的电 压和电流的波形，如IEC61000-4-2。,当然选择保护器件还有其它的考虑，比如说保护器件的物理大小，在系 统板中的安装成本、匹配性等。,参数 选型,ESD rating箝位电压,Cline 结电容,PPP峰值脉冲功率,VRWM 反向关断电压,ESD二极管参数选型,Cline：为保护器件的寄生电容，数据率越高，线路上使用的ESD保护 器件的结电容要越低，否则将

11、破坏数据信号。,Cj的选择,VRWM：反向关断电压，应大于或等于被保护线路的操作电压 。,ESD rating箝位电压 ，即许可通过保护器件的最大电压，应小于保护器件的最大耐压。,ESD材料参数选择：,Step1：考虑被保护线路的信号速度，速度越高，需要Cj越小的器件。 Step2：再根据信号电压选择合适的VRWM。 Step3：考虑需要抗多高的静电，来选择Ppp峰值功率。 Step4：选择单向还是双向保护，单路或多路；,USB,DVI,RS-485,1、 PANJIT公司的TVS/ESD系列专门用于防止与高速数据和传输线相连的敏感器件遭受ESD、CDE（电缆放电事件）以及EFT（电快速瞬变）

12、引起的过压损害。 2、我司目前产品主要应用在接口和高速传输线的ESD保护。 3、随接口市场向高速率、高密度的、小型化的方向发展，ESD保护器件的前景将更加广阔。,TVS/ESD系列,ESD材料应用,ESD应用USB2.0,SOT-543 1.6x1.6 sq mm,SOT363 2.05x2.1 sq mm,SOT23-6L 2.9x2.8 sq mm,典型线路,USB2.0是一种被广泛应用在PC 领域的接口技术，实现点对点的通信。 USB电缆有4条线，2条信号线，2条 电源线，可提供5伏特电压 500mA 电流，480Mbit/S的传输速率。,ESD应用Audio,典型线路,在音频数据线路保

13、护方面，由于 音频回路的信号速率比较低，对器件 电容的要求不太高，100pF左右都是 可以接受的。,DFN 0.6x1.0 sq mm),SOT-23 2.9x2.4 sq mm),ESD应用SIM/Memory Card,典型线路,目前SIM卡的传输速率大约在480 KBit/S，理论上是可达5Mbit/S的速 率，记忆卡的传输速率一般在20Mbit /S的速率，对Cj的选择一般20pf以下 就OK，对高速记忆卡，速率可达200 Mbit/S的，要求Cj小于5pf以下。,SOT-543 1.6x1.6 sq mm,SOT363 2.05x2.1 sq mm,SOT23-6L 2.9x2.8

14、sq mm,HDMI：(High Definition Multimedia Interface)，意思是高清晰度多媒体接口，首个也是业界唯一支持的不压缩全数字的音频/ 视频接口，HDMI1.3传输速度10.2Gbps，Cj要求小于1pf。,Multimedia Controller,Video,Audio,Multimedia Controller,Video,Audio,Tx1- Tx1+ Gnd Tx2- Tx2+ Tx0+ Tx0- Gnd TC- TC+,Tx1- Tx1+ Gnd Tx2- Tx2+ Tx0+ Tx0- Gnd TC- TC+,HDMI,ESD应用HDMI,CSP

15、0.4x0.6x1.0,CSP 1.0 x2.5x0.4,典型线路,典型线路,ESD应用DVI,DVI（Digital Visual Interface），即数字视频接口 ，每组信道的传输码流最高可达1.65Gbps，需选择Cj小 的保护器件。,SOT-543 1.6x1.6 sq mm,SOT363 2.05x2.1 sq mm,SOT23-6L 2.9x2.8 sq mm,SOT363 2.05x2.1 sq mm,SOT23-6L 2.9x2.8 sq mm,10/100 Ethernet即10M/100M的以太 网，采用TVS/ESD材料保证以太网物理层。 根据传输的速率来选择相应的Cj的材料,ESD应用10/100Ethernet,典型线路,I/O Connector,TVS,TVS,PCB,Poor PCB Layout,I/O Connector,TVS,TVS,PCB,Good PCB Layout,I/O Connector,TVS,TVS,PCB,Poor PCB Layout,I/O Connector,TVS,TVS,PCB,Good PCB