安森美专家支招ESD保护设计

2007-08-31 09:01:46来源: 电子工程专辑

ESD对电子设备造成的困扰从未中断过,专家们研究出了压敏电阻、聚合物以及瞬态电压抑制器(TVS)等产品与之抗衡。在种类繁多的ESD保护产品中,究竟哪一款器件最适合你的产品?如何制定电子设备ESD保护策略?一起来看看安森美的专业建议。

外部保护器件,ESD的最佳“门神”

安森美亚太区标准产品部市场营销副总裁麦满权指出,电子设备需要使用外部保护器件,除了因为:产品的功能集成化造成I/O接口的增多,为ESD进入电路及电压敏感型元件提供了有效路径;产品外观小型化,使得IC更容易受到ESD损坏;以及强制性ESD抑制标准IEC61000-4-2的推出这三点之外,最重要的是,可以将外部保护器件置放在连接器或端口处,在ESD进入电路板之前就有效的抑制ESD事件的发生。

对于电子设备来说,ESD无孔不入。以手机为例,按键、配件插口、扩音器、扬声器以及电池接口等,都是ESD的绝佳“入侵”路线。为了保护电路以及电压敏感型元件,电子设备中需要使用许多个ESD保护器件,基于成本和体积的考虑,人们想到把ESD保护集成到CMOS芯片中去。麦满权指出,这种方式目前是可行的,但是随着半导体工艺的发展,这种集成ESD保护的方式将会受到硅片面积的限制。在1.5μm工艺下,2KV ESD保护所需要的IC面积只是整个芯片的几十分之一,但是当半导体工艺向65nm 以下转移时,ESD保护所使用的硅片面积过大,CMOS芯片将很难容纳下ESD保护功能。况且,当工艺越来越精细的时候,电子设备对ESD保护的要求就越高。因此,麦满权断言:有效的ESD保护是不能完全集成到CMOS芯片中的。

平衡成本与性能,聪明的完成ESD保护

电子设备厂商通常面临高性能与低成本两难全的困境,该如何平衡如何选择呢?我们先从器件选择入手为大家进行分析。

首先比较一下压敏电阻和TVS的性能。安森美半导体分立产品部资深保护和合规专员Robert Ashton介绍,压敏电阻和TVS都是采用了电压钳位的保护策略,但是通过分别对其进行符合IEC61000-4-2标准的+/-8KV接触放电,分析捕获的IEC应力波型可以得知,TVS保护性能强过压敏电阻很多倍。Robert Ashton解释说,压敏电阻采用物理吸收原理,每经过一次ESD事件,材料就会受到一定物理损伤,形成永久性的漏电通道,而TVS是采用的半导体钳位原理,在经历ESD事件时,瞬间将能量传递出去,对器件本身并无影响。麦满权形容TVS的这种ESD保护方法如同打太极,将敌人的力量化解开来,而压敏电阻则是象“少林”一样,用自己的健康一次次硬扛敌人的打击,很容易内伤。因此,无论是从产品的使用寿命还是可靠性来看,TVS都是不错的选择。有厂商表示,之所以会选择压敏电阻来进行ESD保护,是因为相较于TVS来说,使用压敏电阻可以降低成本。麦满权认为并不尽然。他举了个例子:曾经有个客户基于成本考虑,选择了压敏电阻进行ESD保护,结果该公司卖去北方的产品因为返修率太高而被退货。经分析,造成退货的原因是由于北方太干燥,导致ESD事件频发,压敏电阻屡屡发生泄漏,而导致该电子产品受损,结果,退货带来的损失远大于器件成本的增加。


安森美亚太区标准产品部市场营销副总裁麦满权


安森美半导体分立产品部资深保护和合规专员Robert Ashton

其次,我们来谈谈ESD保护单个器件的选择与ESD阵列选择的择衷。很多电子设备厂商基于产品体积的考虑,会倾向于选择ESD阵列。麦满权指出,厂商需要理性分析产品的实际需要,慎重选择。由于ESD保护器件需要靠近I/O端口处放置,才能更有效地进行ESD防护,所以要充分考虑PCB布局。例如,手机扬声器和扩音器相隔较远,不适合采用ESD阵列。此外,如果厂商在产品PCB完成之后再考虑增加ESD保护器件时,也需要考虑走线问题,否则,为了采用ESD阵列而导致走线不方便、需要扩大PCB板面,就很不划算了。

最后,当厂商希望缩小电子设备体积的时候,常常会认为器件封装越小越好。安森美认为还需要考虑代工厂贴片工艺是否跟得上。安森美在小封装设计上有很大的优势。目前该公司最小的SOT-1123封装器件比SOT-723封装外形少了58%,重量轻了20%。如此小的封装并不是适合每一家厂商使用。当代工厂贴片技术有限的时候,采用该小封装器件可能会导致焊接时器件偏离焊盘,增加次品率。

安森美还利用电压捕获测试夹具,现场演示了该公司产品与竞争对手产品比较所具有的优势。麦满权指出,安森美并不满足于仅仅产品性能具有优势,他们还在整体解决方案以及技术支持服务上下足功夫,帮助客户完成优秀的ESD保护设计。随着电子技术的飞速发展,让我们期待着更加优秀的电子设备不断涌现。

关键字:压敏  抑制  瞬态  扬声

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