發布日期：2022-07-14 點擊率：33
ESD對電子設備造成的困擾從未中斷過,專家們研究出了壓敏電阻、聚合物以及瞬態電壓抑制器(TVS)等產品與之抗衡。在種類繁多的ESD保護產品中,究竟哪一款器件最適合你的產品？如何制定電子設備ESD保護策略？一起來看看安森美半導體的專業建議。
外部保護器件,ESD的最佳“門神”
安森美半導體亞太區標準產品部市場營銷副總裁麥滿權指出,電子設備需要使用外部保護器件,除了因為:產品的功能集成化造成I/O接口的增多,為ESD進入電路及電壓敏感型元件提供了有效路徑；產品外觀小型化,使得IC更容易受到ESD損壞；以及強制性ESD抑制標準IEC61000-4-2的推出這三點之外,最重要的是,可以將外部保護器件置放在連接器或端口處,在ESD進入電路板之前就有效的抑制ESD事件的發生。
對于電子設備來說,ESD無孔不入。以手機為例,按鍵、配件插口、擴音器、揚聲器以及電池接口等,都是ESD的絕佳“入侵”路線。為了保護電路以及電壓敏感型元件,電子設備中需要使用許多個ESD保護器件,基于成本和體積的考慮,人們想到把ESD保護集成到CMOS芯片中去。麥滿權指出,這種方式目前是可行的,但是隨著半導體工藝的發展,這種集成ESD保護的方式將會受到硅片面積的限制。在1.5μm工藝下,2KV ESD保護所需要的IC面積只是整個芯片的幾十分之一,但是當半導體工藝向65nm 以下轉移時,ESD保護所使用的硅片面積過大,CMOS芯片將很難容納下ESD保護功能。況且,當工藝越來越精細的時候,電子設備對ESD保護的要求就越高。因此,麥滿權斷言:有效的ESD保護是不能完全集成到CMOS芯片中的。
平衡成本與性能,聰明的完成ESD保護
電子設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行分析。
首先比較一下壓敏電阻和TVS的性能。安森美半導體分立產品部資深保護和合規專員Robert Ashton介紹,壓敏電阻和TVS都是采用了電壓鉗位的保護策略,但是通過分別對其進行符合IEC61000-4-2標準的+/-8KV接觸放電,分析捕獲的IEC應力波型可以得知,TVS保護性能強過壓敏電阻很多倍。Robert Ashton解釋說,壓敏電阻采用物理吸收原理,每經過一次ESD事件,材料就會受到一定物理損傷,形成永久性的漏電通道,而TVS是采用的半導體鉗位原理,在經歷ESD事件時,瞬間將能量傳遞出去,對器件本身并無影響。麥滿權形容TVS的這種ESD保護方法如同打太極,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,很容易內傷。因此,無論是從產品的使用壽命還是可靠性來看,TVS都是不錯的選擇。有廠商表示,之所以會選擇壓敏電阻來進行ESD保護,是因為相較于TVS來說,使用壓敏電阻可以降低成本。麥滿權認為并不盡然。他舉了個例子:曾經有個客戶基于成本考慮,選擇了壓敏電阻進行ESD保護,結果該公司賣去北方的產品因為返修率太高而被退貨。經分析,造成退貨的原因是由于北方太干燥,導致ESD事件頻發,壓敏電阻屢屢發生泄漏,而導致該電子產品受損,結果,退貨帶來的損失遠大于器件成本的增加。
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安森美半導體亞太區標準產品部市場營銷副總裁麥滿權
安森美半導體分立產品部資深保護和合規專員Robert Ashton
其次,我們來談談ESD保護單個器件的選擇與ESD陣列選擇的擇衷。很多電子設備廠商基于產品體積的考慮,會傾向于選擇ESD陣列。麥滿權指出,廠商需要理性分析產品的實際需要,慎重選擇。由于ESD保護器件需要靠近I/O端口處放置,才能更有效地進行ESD防護,所以要充分考慮PCB布局。例如,手機揚聲器和擴音器相隔較遠,不適合采用ESD陣列。此外,如果廠商在產品PCB完成之后再考慮增加ESD保護器件時,也需要考慮走線問題,否則,為了采用ESD陣列而導致走線不方便、需要擴大PCB板面,就很不劃算了。
最后,當廠商希望縮小電子設備體積的時候,常常會認為器件封裝越小越好。安森美半導體認為還需要考慮代工廠貼片工藝是否跟得上。安森美半導體在小封裝設計上有很大的優勢。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。當代工廠貼片技術有限的時候,采用該小封裝器件可能會導致焊接時器件偏離焊盤,增加次品率。
安森美半導體還利用電壓捕獲測試夾具,現場演示了該公司產品與競爭對手產品比較所具有的優勢。麥滿權指出,安森美半導體并不滿足于僅僅產品性能具有優勢,他們還在整體解決方案以及技術支持服務上下足功夫,幫助客戶完成優秀的ESD保護設計。隨著電子技術的飛速發展,讓我們期待著更加優秀的電子設備不斷涌現。
