ESD培训教材-Design in protection part 10

CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF第五章：产品防静电设计基础•产品防静电设计过程•敏感半导体器件的防静电原理、测试和难题•产品、系统层面的防静电设计•13种防静电设计方法•产品/系统防静电能力的测试CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品防静电设计过程确认器件材料的静电承受能力指标了解厂内的静电防御能力器件静电承受能力认证（按需求）器件材料选择/确定防静电程度和需求选择适当的防静电设计手段样板/样机测试CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF面对的问题在设计工作上您会面对以下问题：1。在大多数器件材料的技术指标中，并不具备静电承受能力这一项而即使您能够获得这一指标。。。2。指标未必准确可靠（可能是推断自其他类似产品，或是供应商的所谓‘标准’能力）3。您或许只能得到HBM（人体放电模式）的指标CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF电子器件的抗静电能力(无内置保护电路)NMOSCMOSMOS/BipolarECLBipolar(digital)Bipolartransistor50~800V600~13,000V250~1,400V250~800V250~1,200V200~700V450V600V475V575V5,000V450V采用半导体技术抗静电能力范围抗静电能力(平均)CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF器件的抗静电设计器件设计必须能够承受其制造过程以及PCBA组装过程中可能遇到的静电冲击！CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF器件的抗静电设计稳态钳制设计DiodeclampZenerclampEnhancedZenerclampE-CPunchthruclampSchmitttriggerclamp对固定的静电电压水平起反应，当静电放电达到该水平时启动钳制作用。。。CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF器件的抗静电设计脉冲钳制设计InvertertransientclampSchmitttriggertransientclamp对静电放电的快速dv/dt起反应，快速启动和在一定时间内导通。。。CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF传统的抗静电测量Protectionstructure#1Protectionstructure#2Protectionstructure#3Protectionstructure#4设计一组不同的抗静电结构HBM测试Protectionstructure#3承受最高的静电压！摸索法CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF传统的抗静电测量的弱点1。试验得到的最佳‘结构’，在实际线路上未必能够得到良好或相等的静电承受能力。2。即使在试验后，‘结构’的I-V特性仍然未知。如果所有试验‘结构’都不合格，整个试验必须重新进行。而设计人员对于什么需要改善并没有很好的信息依据。3。如果两个或以上的‘结构’设计合格，试验者并没有量化的数据可协助选择出其中的最佳‘结构’。HBM测试并不足够！CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF抗静电能力特性分析NMOS抗静电结构的I-V特性1stbreakdown2ndbreakdown1stbreakdown2ndbreakdown1stbreakdown=2ndbreakdown特性量化分析对于优化设计是个重要的工作。。。设计直接简单并联设计困难不能采用CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF测试分析的条件HBMcurrentwaveform传统I-V曲线分析仪无法胜任！复杂的电流模式HBM最具代表性，测试必须模拟HBM的电流波形。。。CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFTLP测试技术TransmissionLinePulsing恒流TLP恒阻TLP通过对rise-time和波宽的控制，可以准确的模拟出和HBM波形同等能量的测试波！CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF遗留的问题1。实际工作中要获取良好波形有一定的困难2。测试成本相对还是可观3。抗静电结构总会影响器件的基本性能，性能要求的压力往往超越最佳抗静电的能力需求压力这提供我们‘静电承受能力并非常规指标’的部分答案！CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF完整的特性分析CDMTesterHBM/MMtester不同故障模式有不同的承受能力，也需要不同的应对方法供应商可有提供这些指标？CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF完整的防静电控制您厂内的ESD管理体系，最好也只能做足部分的管制！In-housemanufacturingPCBASMDs将您供应商的防静电系统和您的结合！CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF完整的防静电控制良好的供应商做足预防工作。。。当出现静电量过度时，对产品自动分隔淘汰！在关键部位（如拾放头和测试插座）进行实时监视CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF选择采用器件材料的要点对于特别敏感或高价值产品。。。1。要求供应商提供完整和准确的抗静电能力指标；2。实际了解供应商如何获取这些指标；3。评估供应商如何确保持续达到这些指标。忽略了这些，您厂内的防静电努力可能毁于一旦！CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品的抗静电设计在用户的使用环境中，产品一直曝露在静电的威胁之下！我们知道…影响制造商而却又不受制造商控制的问题！CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品的抗静电设计器件的抗静电设计是针对它本身以及产品的制造过程的防御而定！组装在PCBA上的器件，仍可能在制造后的包装、运送和使用中遭受静电的破坏!制造商必须对此负责！CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品的抗静电设计美国ESDAssociation预测…27~33%67~73%制造过程中的损坏使用中的损坏因此，产品的抗静电设计必须针对：1。制造过程或工艺进行保护；2。实际使用的环境进行保护。CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品抗静电设计的关注点抗静电设计必须针对所有制造和使用过程中可能接触到的部位，包括：•电池或电源接口；•开关/按钮/键盘；•外界导线或电线；•靠近电路的金属螺丝；•信号接口（电线/插座等）；•PCB接近边缘的导线；•接近机壳间隙、开口等部位的导线和器件。CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品抗静电设计的手段1。隔离/减少干扰2。滤波/去耦3。抑制、钳制CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品抗静电设计的途径1。抗静电器件的使用常用的3个主要做法。。。2。PCB布局设计3。产品的结构设计和屏蔽CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品抗静电设计的准则综合以上考虑，我们可以整理出以下准则。。。1。减少对接口的接触机会；2。使用绝缘隔离或制造间隙；3。对I/O接线采用串联电阻来限制放电电流；(阻值约100~1K)4。使用去耦电容；CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品抗静电设计的准则5。使用滤波器（如串联铁氧环和陶瓷电容接地）；6。使用接地屏蔽面或屏蔽环；7。使用涂层或隔离盖等，减少对ESDS的接触；8。对ESDS采取PCB夹层内层跑线设计；9。避免在PCB的边缘布线；10。减少布线回路的面积；CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品抗静电设计的准则11。使用ESD接地点，避免和信号（数字或模拟）的接地共享以产生避免噪音；12。把‘未保护’布线和‘保护’布线分开跑线，避免电感干扰；13。使用保护（抗静电）器件。CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品抗静电设计的准则1。减少对接口的接触机会；避免使ESDS器件直接和外界接口平衡照顾操作的方便性和ESD风险使用足够‘内陷’设计的接插器件CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品抗静电设计的准则2。使用绝缘隔离或制造间隙；CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品抗静电设计的准则2。使用绝缘隔离或制造间隙；•较旧的使用历史，对静电承受能力较好的器件有效PCBSparkgaps•使用在2,000V至2,5000V或更高的保护情况VB3000d+1350V其中d=间隙距离mm•保护电压：CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCFCCF产品抗静电设计的准则ProtectedcircuitC2C1RLESDsourceVcctVsourceXC1C24。使用去耦电容；去耦电容•减少脉冲rise-time和峰值电压•有起震荡的风险(VcctVsource)CCFENGINEERING&MANAGEMENTCONSULTINGSERVICESC