ESD對電子設(shè)備造成的困擾從未中斷過,專家們研究出了壓敏電阻、聚合物以及瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)等產(chǎn)品與之抗衡。在種類繁多的ESD保護(hù)產(chǎn)品中,究竟哪一款器件最適合你的產(chǎn)品？如何制定電子設(shè)備ESD保護(hù)策略？一起來看看安森美半導(dǎo)體的專業(yè)建議。

外部保護(hù)器件,ESD的最佳“門神”

安森美半導(dǎo)體亞太區(qū)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品部市場營銷副總裁麥滿權(quán)指出,電子設(shè)備需要使用外部保護(hù)器件,除了因?yàn)?產(chǎn)品的功能集成化造成I/O接口的增多,為ESD進(jìn)入電路及電壓敏感型元件提供了有效路徑；產(chǎn)品外觀小型化,使得IC更容易受到ESD損壞；以及強(qiáng)制性ESD抑制標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-2的推出這三點(diǎn)之外,最重要的是,可以將外部保護(hù)器件置放在連接器或端口處,在ESD進(jìn)入電路板之前就有效的抑制ESD事件的發(fā)生。

對于電子設(shè)備來說,ESD無孔不入。以手機(jī)為例,按鍵、配件插口、擴(kuò)音器、揚(yáng)聲器以及電池接口等,都是ESD的絕佳“入侵”路線。為了保護(hù)電路以及電壓敏感型元件,電子設(shè)備中需要使用許多個(gè)ESD保護(hù)器件,基于成本和體積的考慮,人們想到把ESD保護(hù)集成到CMOS芯片中去。麥滿權(quán)指出,這種方式目前是可行的,但是隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展,這種集成ESD保護(hù)的方式將會(huì)受到硅片面積的限制。在1.5μm工藝下,2KV ESD保護(hù)所需要的IC面積只是整個(gè)芯片的幾十分之一,但是當(dāng)半導(dǎo)體工藝向65nm 以下轉(zhuǎn)移時(shí),ESD保護(hù)所使用的硅片面積過大,CMOS芯片將很難容納下ESD保護(hù)功能。況且,當(dāng)工藝越來越精細(xì)的時(shí)候,電子設(shè)備對ESD保護(hù)的要求就越高。因此,麥滿權(quán)斷言:有效的ESD保護(hù)是不能完全集成到CMOS芯片中的。

平衡成本與性能,聰明的完成ESD保護(hù)

電子設(shè)備廠商通常面臨高性能與低成本兩難全的困境,該如何平衡如何選擇呢？我們先從器件選擇入手為大家進(jìn)行分析。

首先比較一下壓敏電阻和TVS的性能。安森美半導(dǎo)體分立產(chǎn)品部資深保護(hù)和合規(guī)專員Robert Ashton介紹,壓敏電阻和TVS都是采用了電壓鉗位的保護(hù)策略,但是通過分別對其進(jìn)行符合IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)的+/-8KV接觸放電,分析捕獲的IEC應(yīng)力波型可以得知,TVS保護(hù)性能強(qiáng)過壓敏電阻很多倍。Robert Ashton解釋說,壓敏電阻采用物理吸收原理,每經(jīng)過一次ESD事件,材料就會(huì)受到一定物理損傷,形成永久性的漏電通道,而TVS是采用的半導(dǎo)體鉗位原理,在經(jīng)歷ESD事件時(shí),瞬間將能量傳遞出去,對器件本身并無影響。麥滿權(quán)形容TVS的這種ESD保護(hù)方法如同打太極,將敵人的力量化解開來,而壓敏電阻則是象“少林”一樣,用自己的健康一次次硬扛敵人的打擊,很容易內(nèi)傷。因此,無論是從產(chǎn)品的使用壽命還是可靠性來看,TVS都是不錯(cuò)的選擇。有廠商表示,之所以會(huì)選擇壓敏電阻來進(jìn)行ESD保護(hù),是因?yàn)橄噍^于TVS來說,使用壓敏電阻可以降低成本。麥滿權(quán)認(rèn)為并不盡然。他舉了個(gè)例子:曾經(jīng)有個(gè)客戶基于成本考慮,選擇了壓敏電阻進(jìn)行ESD保護(hù),結(jié)果該公司賣去北方的產(chǎn)品因?yàn)榉敌蘼侍叨煌素?。?jīng)分析,造成退貨的原因是由于北方太干燥,導(dǎo)致ESD事件頻發(fā),壓敏電阻屢屢發(fā)生泄漏,而導(dǎo)致該電子產(chǎn)品受損,結(jié)果,退貨帶來的損失遠(yuǎn)大于器件成本的增加。

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安森美半導(dǎo)體亞太區(qū)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品部市場營銷副總裁麥滿權(quán)

安森美半導(dǎo)體分立產(chǎn)品部資深保護(hù)和合規(guī)專員Robert Ashton

其次,我們來談?wù)凟SD保護(hù)單個(gè)器件的選擇與ESD陣列選擇的擇衷。很多電子設(shè)備廠商基于產(chǎn)品體積的考慮,會(huì)傾向于選擇ESD陣列。麥滿權(quán)指出,廠商需要理性分析產(chǎn)品的實(shí)際需要,慎重選擇。由于ESD保護(hù)器件需要靠近I/O端口處放置,才能更有效地進(jìn)行ESD防護(hù),所以要充分考慮PCB布局。例如,手機(jī)揚(yáng)聲器和擴(kuò)音器相隔較遠(yuǎn),不適合采用ESD陣列。此外,如果廠商在產(chǎn)品PCB完成之后再考慮增加ESD保護(hù)器件時(shí),也需要考慮走線問題,否則,為了采用ESD陣列而導(dǎo)致走線不方便、需要擴(kuò)大PCB板面,就很不劃算了。

最后,當(dāng)廠商希望縮小電子設(shè)備體積的時(shí)候,常常會(huì)認(rèn)為器件封裝越小越好。安森美半導(dǎo)體認(rèn)為還需要考慮代工廠貼片工藝是否跟得上。安森美半導(dǎo)體在小封裝設(shè)計(jì)上有很大的優(yōu)勢。目前該公司最小的SOT-1123封裝器件比SOT-723封裝外形少了58%,重量輕了20%。如此小的封裝并不是適合每一家廠商使用。當(dāng)代工廠貼片技術(shù)有限的時(shí)候,采用該小封裝器件可能會(huì)導(dǎo)致焊接時(shí)器件偏離焊盤,增加次品率。

安森美半導(dǎo)體還利用電壓捕獲測試夾具,現(xiàn)場演示了該公司產(chǎn)品與競爭對手產(chǎn)品比較所具有的優(yōu)勢。麥滿權(quán)指出,安森美半導(dǎo)體并不滿足于僅僅產(chǎn)品性能具有優(yōu)勢,他們還在整體解決方案以及技術(shù)支持服務(wù)上下足功夫,幫助客戶完成優(yōu)秀的ESD保護(hù)設(shè)計(jì)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,讓我們期待著更加優(yōu)秀的電子設(shè)備不斷涌現(xiàn)。