電氣過應力(EOS)和靜電放電(ESD)對集成電路是危險的。愚蠢的人類找借口,使用安慰劑,并希望物理定律不適用于他們。本文揭露了這種想法的愚蠢,并提出了保護電子系統的實用方法。
介紹
電氣過應力(EOS)和靜電放電(ESD)對電子電路構成了真正的危險。事實上,EOS和ESD是可預防IC故障的主要原因。有些人低估了EOS和ESD可能造成的損害的嚴重性。我們聽到了很多關于為什么沒有必要采取適當預防措施的借口:
“我不相信所有的hocus pocus(即花招)。
“我是一名工程師,這些年一直沒有問題。
“這里的濕度很高。”
“我們已經在印刷電路板(PCB)中內置了ESD保護。
“所有IC都有內置的ESD保護。
“從統計學上講,可能性是不會發生任何事情。
本應用筆記揭露了這種錯誤思維的愚蠢,并提出了保護電子系統的實用方法。
物理定律和EOS/ESD定律
我們首先回顧這些熟悉的借口,即缺乏適當的EOS和ESD保護。
不幸的是,一個信念——即使是一個堅定的信念——通常與物理定律幾乎沒有關系。安慰劑可以在醫學上起作用,因為人類大腦的控制力比我們預期的要多。所有相信重力會停止的人,并不能阻止我們跌跌撞撞。無論人們如何看待“hocus pocus”,當涉及到工程時,物理定律將始終適用。
無論一個人的職業如何,物理定律都存在。因此,如果一個部件沒有立即在煙霧中燃燒,并不意味著沒有EOS或ESD。明顯的功能也不意味著零件沒有損壞,以后不會死。
高濕度確實會降低ESD電壓。但是,請記住,建筑物的空調系統正在消除濕度,使我們感到舒適。人類并不擅長猜測相對濕度水平,這是事實。
板 ESD 保護就像我們汽車中的安全氣囊——它們用于事故而不是日常使用。內置ESD保護功能可降低損壞的機會,但不能完全消除受傷的可能性。
雖然大多數IC集成了ESD保護,但ESD結構由微小元件組成。同樣,它們是用于事故而不是日常使用。
“從統計學上講,這不會發生在我身上。如果從統計上講,大多數汽車事故確實發生在離家25英里的范圍內,那么更遠的地方就不會發生事故嗎?請記住,數字不會說謊,也不會顛覆物理定律
可靠的ESD保護符合物理定律
普通的 ESD 腕帶是帶有串聯(限流)電阻器的導電帶,通過電線和鱷魚夾連接到接地或參考點。大多數公司每天都會多次測試這種ESD保護的有效性。佩戴腕帶的人前往 ESD 測試站,將鱷魚夾連接到接地端子。當人將手指觸摸到另一塊測試金屬板上時,機器會向人的身體增加靜電勢。如果電壓升高,則腕帶失效;如果接地有效地降低電壓,則表帶適合繼續使用。
經過驗證的過程遵循物理定律并且是可靠的。但仍有一些消息來源顛覆了這一過程,并將有效的 ESD 腕帶轉化為 ESD 安慰劑。這是上述A項中的ESD hocus pocus。例如,取上相同的腕帶,不要將鱷魚夾連接到 ESD 測試儀接地。現在,當用手指觸摸金屬板時,電壓升高,腕帶失效。多年來,一直有公司銷售沒有地線的腕帶或聲稱地線是可選的。
這種無線腕帶假聽起來很愚蠢,甚至像個笑話,但事實并非如此。幾年前,另一家半導體公司的一位朋友講述了一個故事。多年來,他們一直在從一家大型離岸制造商那里購買產品,但突然發生了一些變化。他們發現進口零件中的ESD損壞。當被問及時,離岸消息人士表示沒有任何變化,他們采取了嚴格的ESD安全預防措施。最后,這家半導體公司將一位ESD專家帶到了制造商的位置。一走進工廠,專家就看到到處都是無線腕帶。通過更換接地線解決了ESD問題,并且ESD損壞的部件數量急劇下降。
IC 中的 EOS/ESD 保護
我們如何保護電子產品免受ESD和EOS的影響?
IC內部的ESD結構設計用于在客戶將器件安裝到其產品PC板上之前對其進行保護。由于IC尺寸有限,因此無法承受系統ESD事件。然而,在電路板層面,輸入和輸出可以具有更穩健的ESD結構。這些外部分立元件往往比IC的內部ESD保護元件在物理上更大,并承載更大的電流。
PC 板通過分立式硅(小信號或基準)、肖特基二極管、雪崩(齊納)二極管、瞬態電壓抑制 (TVS) 二極管、氣管放電器件、電阻器、電感器和金屬氧化物壓敏電阻 (MOV) 的組合來防止 ESD。串聯電阻器和電感以及接地電容可用作低通濾波器。火花的上升時間非常快,因此我們可以減慢它的任何方法都會降低峰值電壓。
圖1.典型的內部 IC ESD 結構。
圖1所示的ESD結構位于IC內部。圖1C是最常見的設計,在輸入和輸出信號引腳上使用兩個二極管。大多數IC數據手冊都規定,這樣的引腳的最大值電壓從-0.3V(如果接地是最低電壓)到V抄送(電源)加0.3V。這些是正向壓降為0.6V的硅二極管,那么為什么數據手冊說0.3V?答案是因為在高溫下,二極管開始泄漏大量電流。二極管對地的操作通常很明顯。二極管至 V抄送要求電源為低阻抗才能有效。除非電源非常接近,否則低阻抗由去耦或旁路電容器處理。
在圖1B中,電源引腳沒有更高的電壓連接,因此齊納二極管將保護該引腳。圖1A中的齊納二極管出現在隱藏用途的引腳上。例如,一個零件,特別是IC的數字部分,可能具有特殊的測試或微調模式,用于自動工廠測試。要進入此模式,可以將引腳拉出一個高于V的二極管壓降抄送.測試后,斷開IC電源以退出測試模式。
除了大多數模擬產品內置的ESD保護外,Analog 還生產專門的 ESD 保護和其他故障保護器件,包括 ESD 保護二極管、模擬開關和多路復用器、開關去抖動器/保護器、過壓保護 (OVP) 控制器、信號線保護器、鋰離子 (Li+) 電池保護器以及限流和 USB 電源開關。
審核編輯:郭婷
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