電路保護器件保護移動設備避免ESD影響

類別:產品資訊日期:2019-03-09

 移動設備用戶之需求日益複雜,使得便攜式產品的設計集成了更多的輸入/輸出(I/O)互連。更高的電流密度和更小的晶體管尺寸,以及用於芯片保護的有限空間,均趨向於增加電子元器件對靜電放電(ESD)等瞬態電氣過應力事件的敏感性。減少此類瞬態事件的影響,不單有助於防止設備相互“交談”時導致數據損壞,還可提升總體可靠性。


ESD 基礎
      ESD事件是兩個具有不同靜電電位的物體經由接觸或者電離空氣放電或火花放電而進行能量轉移而引起。材料類型、接觸麵積、分離速度、相對濕度和其它因素均影響了摩擦充電生成的電荷量。一旦電荷在材料上生成,便成為“靜電”電荷,該電荷可從材料上轉移,導致ESD事件。
      靜電的主要來源大多是絕緣裝置,通常是合成材料(比如乙烯基或塑料工作表麵、絕緣鞋、經塗層整理的木椅子、膠帶、泡沫包裝和帶有未接地針腳的烙鐵)。
       圖1所示為典型的ESD特性曲線,為了模擬接觸放電事件,ESD生成器施加一個ESD脈衝到測試設備上。這項測試的特性是短上升時間和低於100ns的短脈衝持續時間,表明這是低能量靜態脈衝。由於這些來源的靜電並非早已分布在其表麵或者傳導到其它對象,因此有可能產生極高水平的電壓。
  圖1. ESD生成器模擬的典型 8KV ESD脈衝
最常見的ESD來源包括:
●帶電的人體 – 人體可能由於行走或其它動作而帶電,如果來自人體的放電是經由一個金屬物件如工具,那麽造成的ESD損壞便會特別嚴重。
●拖過地毯的電纜 – 如果一個帶電的電纜插入一個具有任何電荷來源的傳導觸點,便可能生成一個ESD瞬態。
●搬運聚乙烯袋 –當一個電子設備滑動進入或離開包或管道,便可能生成靜電電荷,這是因為設備的外殼和/或金屬引線與容器的表麵發生了多次接觸和分離。
       ESD事件與電子設備運作的環境有關,瞬態環境變化很大,汽車係統、機載或艦載設備、太空係統、工業設備或消費產品之間的差異很大。頻繁地使用移動設備,使得用戶很可能在連接或斷開電纜期間接觸I/O連接器針腳。在正常運作條件下,觸摸暴露的端口或接口可能導致超過30 kV的放電電壓。
        小尺寸半導體器件可能因過多的電壓、高電流水平或二者的結合而損壞,高電壓水平可能引起柵極氧化層擊穿,而過多的電流可能引起結點故障和金屬化跡線熔化。


用於高速I/O接口的ESD保護
       隨著 IC製造商已經實現更高頻率的 I/O互連,他們繼續減小晶體管、互連產品,以及器件中二氧化矽(SiO2)絕緣層的最小尺寸,這導致在較低能量水平上發生擊穿損壞的可能性越來越大,而且使得ESD保護成為一個主要的設計考慮事項。根據IEC61000-4-2國際標準,大多數電子設備必需滿足最小8 kV接觸放電電壓或15 kV空氣放電電壓要求,然而,許多半導體器件不可耐受這種電氣應力水平,有可能永久損壞。為了提高它們的可靠性,必需在係統中設計采用附加的芯片外保護電路。

 
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