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ESD原理詳解(二)

更新時間:2023-09-25      點擊次數(shù):604

上期講了HBM,MM,CDM三種芯片級ESD事件,這期講一下系統(tǒng)級ESD事件:空氣放電,接觸放電,浪涌,熱插拔這幾種ESD事件,其中氣放電,接觸放電是由IEC61000-4-2進行解釋,而浪涌是由IEC61000-4-5進行解釋。

一.系統(tǒng)級ESD事件類別:

1.接觸放電:

      實驗設(shè)備的電極與被測設(shè)備直接接觸。

2.空氣放電:

      實驗設(shè)備的電極靠近被測設(shè)備,由火花對被測設(shè)備進行放電。

接觸放電和空氣放電測試的是儀器設(shè)備在使用過程中與另一帶電儀器可能發(fā)生的靜電事件。

3.熱插拔:

      在上電情況下,端口或者模塊直接斷開或連接,保護設(shè)備不被過大電流或電壓損毀。

4.浪涌:

      具有短上升時間,長衰減時間的電流,電壓,功率的瞬態(tài)波形。(transient wave of electrical current, voltage or power propagating along a line or a circuit and characterized by a rapid increase followed by a slower decrease)。浪涌測試是驗證儀器能否承受雷擊或開關(guān)通斷時產(chǎn)生的短時間的強脈沖。

二.系統(tǒng)級ESD事件規(guī)范:

1.IEC61000-4-2:

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圖1.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)

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圖2.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2接觸放電和空氣放電測試等級。

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圖3.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2放電測試波形。

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圖4.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2接觸放電和空氣放電波形參數(shù)。

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圖5.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2測試電路。

2.IEC61000-4-5:

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圖6.IEC61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)封面。

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圖7.IEC61000-4-5浪涌測試等級。

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圖8.IEC61000-4-5浪涌生成電路。

IEC標(biāo)準(zhǔn)中提到了兩種浪涌模式:一種是1.2/50μs的開路電壓條件和8/20μs的短路電流條件。

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圖9.IEC61000-4-5浪涌測試波形參數(shù)。

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圖10.IEC61000-4-5開路電壓浪涌波形。

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圖11.IEC61000-4-5短路電流浪涌波形。

三.系統(tǒng)級與芯片級異同

1.系統(tǒng)級ESD事件與芯片級ESD事件的異同:

A.芯片級ESD事件主要針對的是發(fā)生在芯片上PCB板前的過程中(生產(chǎn) 、封裝、運輸、銷售、上板)這類ESD事件完()全需要由芯片自己承受。系統(tǒng)級ESD事件是針對整個系統(tǒng)而言(PCB級),這類ESD事件需要整個系統(tǒng)協(xié)同完成。

B.系統(tǒng)級ESD事件的電壓電流強度都遠強于芯片級。

系統(tǒng)級ESD防護設(shè)計與芯片級ESD防護設(shè)計的異同:

A.芯片級ESD防護與核心電路都是在同一wafer下流片,所以防護能力與工藝是強相關(guān),線寬越小ESD魯棒性越差,且受foundry工藝影響很大,不同foundry的工藝流程不同,造成ESD設(shè)計的互通性很差。芯片級ESD設(shè)計更多考驗的是工程師對于器件結(jié)構(gòu)與版圖的理解,在有限的面積與其它約束下盡可能保證核心電路不在ESD事件中損壞。

B.系統(tǒng)級ESD防護雖然要求更高,但是核心元器件和ESD防護元器件是分立的,可以針對要求采用不同的ESD防護器件。常見的有TVS和ESD陣列防護芯片,工程師在設(shè)計過程中可以忽略ESD元器件的工作原理,直接進行黑盒設(shè)計而且可替換性強,芯片級ESD防護器件與芯片本身是共生關(guān)系,一榮俱榮,一損俱損。而系統(tǒng)級ESD防護元器件與被保護元器件相對獨立,相互影響較小。

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