ESD訓(xùn)練資料的資料第1頁(yè)/共30頁(yè)ESD基礎(chǔ)篇ESD測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)篇目錄ESD應(yīng)用篇ESD器件篇第2頁(yè)/共30頁(yè)什么是ESD？ESD是代表英文ElectrostaticDischarge即“靜電放電”的意思。什么是靜電放電：◆嚴(yán)寒的冬天，當(dāng)你脫下毛衣，聽(tīng)到劈劈啪啪聲◆干燥的冷天，當(dāng)伸手去開(kāi)窗戶(hù)，感到觸電感覺(jué)◆用手去撫摸家里的貓，發(fā)現(xiàn)貓竟然怒發(fā)沖冠這些就是靜電瞬間泄放(ESD)產(chǎn)生的現(xiàn)象。靜電瞬間泄放導(dǎo)致電子零件的損壞,此種破壞是由于靜電存在所產(chǎn)生的高壓將零件受損或破壞。靜電放電的產(chǎn)生：◆通常物體保持電中性狀態(tài)，這是由于它所具有的正負(fù)電荷量相等的緣故。如果兩種不同材料的物件因直接接觸或靜電感應(yīng)而導(dǎo)致相互間電荷的轉(zhuǎn)移，使之存在過(guò)剩電荷，這樣就產(chǎn)生了靜電。第3頁(yè)/共30頁(yè)◆靜電就在您的周?chē)C人在走路或跑步就可以產(chǎn)生可觀的靜電。下面是一個(gè)量測(cè)人體靜電的實(shí)驗(yàn)：

靜電壓量表

不銹鋼板

人(不帶靜電環(huán))

(StaticLocator)

(12〞x12〞)絕緣架量測(cè)時(shí)溫度為24.5℃，相對(duì)濕度RH為55%。一般地面鞋子(皮鞋或球鞋)導(dǎo)線ESD就在我們周?chē)?頁(yè)/共30頁(yè)A)上述條件測(cè)量結(jié)果

所穿鞋子

動(dòng)作

產(chǎn)生靜電壓(Volts)

皮鞋原地慢速踏步150~200皮鞋原地快速跑步200~250球鞋原地慢速踏步200~250球鞋原地快速跑步250~350B)當(dāng)不同條件下，靜電壓之變化

產(chǎn)生方法

10%~20%相對(duì)濕度

65%~95%相對(duì)濕度

走過(guò)地毯35,0001,500走過(guò)塑膠地毯12,000250在椅子上工作6,000100拿起塑膠文件夾7,000600工作椅墊摩擦18,0001,500ESD就在我們周?chē)?頁(yè)/共30頁(yè)ESD對(duì)半導(dǎo)體元件的破壞◆日常生活中，ESD(Electro-StaticDischarge，靜電放電)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象，然而對(duì)電子產(chǎn)品而言，ESD往往是致命的—它可能導(dǎo)致元器件內(nèi)部線路受損，直接影響產(chǎn)品的正常使用壽命，甚至造成產(chǎn)品的損壞?！綦娮赢a(chǎn)品輕薄化的發(fā)展趨勢(shì)使其對(duì)ESD防護(hù)要求越來(lái)越高，因此，電路設(shè)計(jì)必須提供一個(gè)有效的ESD和瞬態(tài)保護(hù)?！綮o電導(dǎo)致大約25％的集成電路故障，并因此客戶(hù)要求保修索賠?！綦S著半導(dǎo)體工藝向65nm45nm以下轉(zhuǎn)移，芯片集成度不斷提高，IC外形尺寸變?cè)絹?lái)越小，但同時(shí)也更容易受到ESD損壞。第6頁(yè)/共30頁(yè)各半導(dǎo)體材料抗ESD能力比較◆由上可知，大體而言只要100V以上的靜電壓就可以對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)生傷害。晶片種類(lèi)

靜電破壞電壓(Volts)MOSFET

100~200EPROM

100~JFET

140~7,000Op-Amp

190~2,500CMOS

250~3,000SCHOTTKYDIODE

300~2,500TTL

300~2,500BipolarTransistor

380~7,000ECL

500~SCR

680~10,000第7頁(yè)/共30頁(yè)人體放電模式（HumanBodyMode）-普遍存在

HBM模式是操作人員在走動(dòng)過(guò)程中，身體與衣物或鞋與地面發(fā)生摩擦積累靜電，當(dāng)人體與IC接觸，靜電會(huì)通過(guò)IC管腳導(dǎo)入IC器件內(nèi)。設(shè)備放電模式（MachineMode）

MM模式是設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中積累靜電，當(dāng)設(shè)備接觸器件時(shí)，如果有電位差別，會(huì)產(chǎn)生ESD。器件充電模式（Charge—DeviceMode）CDM模式是器件本身積累靜電，會(huì)產(chǎn)生ESD。CDM模式放電速度快，造成的破壞力大。電場(chǎng)感應(yīng)模式（Field-InducedMode）當(dāng)IC經(jīng)過(guò)某一電場(chǎng)時(shí)，相對(duì)極性的電荷會(huì)通過(guò)一些管腳釋放掉。靜電放電模式第8頁(yè)/共30頁(yè)關(guān)鍵器件ESD能力

傳統(tǒng)上，芯片制造商一直試圖維持HBM要求的2,000V水平。從成本效益比的角度來(lái)看，這已經(jīng)被證明是件很難做到的事。目前普遍接受的關(guān)鍵ESD保護(hù)電壓水平約為500V。在這一水平，芯片成本增加得較合理，良率水平也不會(huì)受到損害。這是因?yàn)榈湫偷木A廠和裝配車(chē)間有將ESD限制在500V或以下的政策。因此，即使所有的芯片組在裸片上包含一些ESD保護(hù)電路，其目的也只是確保制造的高良率。不過(guò)，這一級(jí)別的ESD保護(hù)不足于保護(hù)芯片組免受消費(fèi)者實(shí)際使用手機(jī)時(shí)將會(huì)碰到的嚴(yán)重ESD事件的傷害。在無(wú)法預(yù)先控制的消費(fèi)環(huán)境中，必須使用不同的ESD保護(hù)規(guī)范。這就是IEC61000-4-2。第9頁(yè)/共30頁(yè)靜電破壞形態(tài)ESD破壞：功率產(chǎn)生：如熱崩潰、金屬被熔融電壓產(chǎn)生：如介電質(zhì)崩潰、表面崩潰潛在性故障：如功能劣化、降級(jí)例：接面崩熔過(guò)大的電流通過(guò)接面時(shí)，產(chǎn)生極大的熱量，使得接面崩熔。此種破壞是屬于接面短路。EBCEBC第10頁(yè)/共30頁(yè)ESD導(dǎo)致問(wèn)題產(chǎn)品失效（產(chǎn)品不可靠）客戶(hù)抱怨利潤(rùn)降低高返修率第11頁(yè)/共30頁(yè)ESD測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ESD行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試IEC61000-4-2(國(guó)際認(rèn)可)MILSTD883JEDECA114andA115

考慮到空氣濕度和接觸狀況，HBM的范圍在2KV-40KV。第12頁(yè)/共30頁(yè)ESD測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)-IEC61000-4-2第13頁(yè)/共30頁(yè)ESD保護(hù)器件聚合體器件：優(yōu)點(diǎn)：具極低0.05～1.0pF數(shù)量級(jí)的電容，主要應(yīng)用高頻線路中。缺點(diǎn)：觸發(fā)電平高達(dá)500V-1000V，嵌位電壓高達(dá)150V，回復(fù)速度慢。變阻器和抑制器：優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蝺r(jià)低、吸收功率高。缺點(diǎn)：觸發(fā)電平高、嵌位電壓高150V-500V、動(dòng)態(tài)電阻高20~40Ω導(dǎo)致大部分能力抵達(dá)受保護(hù)器件，而不是被旁路到地、電容/吸收能力參數(shù)存在老化。ESD二極管：優(yōu)點(diǎn)：低的鉗位電壓，低電阻，快速開(kāi)啟時(shí)間和更高的可靠性、低的漏電流。缺點(diǎn)：ESD沖擊能力有限、價(jià)格高第14頁(yè)/共30頁(yè)ESD保護(hù)器件多層壓敏電阻(MLV)：這類(lèi)基于氧化鋅的器件可提供ESD保護(hù)和低級(jí)別的電涌保護(hù)。它們的小形狀因子(尺寸已下降到0402和0201)使得它們非常適合于便攜式應(yīng)用(如手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等)。

硅保護(hù)陣列(SPA)：這類(lèi)分立和多通道器件設(shè)計(jì)用于保護(hù)數(shù)據(jù)線和I/O線免受ESD和低級(jí)別瞬態(tài)浪涌的傷害。它的關(guān)鍵特性是非常低的鉗位電壓，這允許它們保護(hù)最敏感的電路。聚合物ESD抑制器(PGB)：這是最新的技術(shù)，設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生最小的寄生電容值(<0.2pF)。這一特性允許它們用于高速數(shù)字和射頻電路，而不會(huì)引起任何信號(hào)衰減。第15頁(yè)/共30頁(yè)ESD二極管選擇保護(hù)器件的選擇取決于兩個(gè)方面：受保護(hù)電路特性和外部應(yīng)力特性受保護(hù)電路特性：正常工作電壓范圍、可能產(chǎn)生破壞電壓值

正常工作范圍內(nèi)，要求保護(hù)器件的阻抗很高，保證了輸入信號(hào)的完整性。當(dāng)超過(guò)正常工作范圍的，保護(hù)器件就從高阻抗變?yōu)榈妥杩?，保證受保護(hù)電路的正常工作。外部應(yīng)力特性：標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試定義測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)給出了在一個(gè)特定的工作環(huán)境中一個(gè)產(chǎn)品必須符合的電壓和電流的波形，如IEC61000-4-2。當(dāng)然選擇保護(hù)器件還有其它的考慮，比如說(shuō)保護(hù)器件的物理大小，在系統(tǒng)板中的安裝成本、匹配性等。第16頁(yè)/共30頁(yè)參數(shù)選型ESDrating箝位電壓Cline結(jié)電容PPP峰值脈沖功率VRWM反向關(guān)斷電壓ESD二極管參數(shù)選型第17頁(yè)/共30頁(yè)Cline：為保護(hù)器件的寄生電容，數(shù)據(jù)率越高，線路上使用的ESD保護(hù)器件的結(jié)電容要越低，否則將破壞數(shù)據(jù)信號(hào)。Cj的選擇第18頁(yè)/共30頁(yè)VRWM：反向關(guān)斷電壓，應(yīng)大于或等于被保護(hù)線路的操作電壓。ESDrating箝位電壓，即許可通過(guò)保護(hù)器件的最大電壓，應(yīng)小于保護(hù)器件的最大耐壓。第19頁(yè)/共30頁(yè)器件參數(shù)要求電路特性VRWM≧線路正常工作電壓IPP≧可能出現(xiàn)最大浪涌電流VC<被保護(hù)電路最大允許電壓CJ<保證信號(hào)正確的最大加載電容ESD材料參數(shù)選擇：

Step1：考慮被保護(hù)線路的信號(hào)速度，速度越高，需要Cj越小的器件。Step2：再根據(jù)信號(hào)電壓選擇合適的VRWM。

Step3：考慮需要抗多高的靜電，來(lái)選擇Ppp峰值功率。Step4：選擇單向還是雙向保護(hù)，單路或多路；

第20頁(yè)/共30頁(yè)USBDVIRS-485TitleinhereHDMITitleinhereRS-232TitleinhereIEEE13941、PANJIT公司的TVS/ESD系列專(zhuān)門(mén)用于防止與高速數(shù)據(jù)和傳輸線相連的敏感器件遭受ESD、CDE（電纜放電事件）以及EFT（電快速瞬變）引起的過(guò)壓損害。2、我司目前產(chǎn)品主要應(yīng)用在接口和高速傳輸線的ESD保護(hù)。3、隨接口市場(chǎng)向高速率、高密度的、小型化的方向發(fā)展，ESD保護(hù)器件的前景將更加廣闊。TVS/ESD系列ESD材料應(yīng)用第21頁(yè)/共30頁(yè)ESD應(yīng)用—USB2.0PJSRV05W-4LCPJSRV05W-4PJSRV05-4PJUSBLC6-2PJSR05TB4SOT-363SOT23-6LSOT-543SOT-5431.6x1.6sqmmSOT3632.05x2.1sqmmSOT23-6L2.9x2.8sqmm典型線路USB2.0是一種被廣泛應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。USB電纜有4條線，2條信號(hào)線，2條電源線，可提供5伏特電壓500mA電流，480Mbit/S的傳輸速率。第22頁(yè)/共30頁(yè)ESD應(yīng)用—AudioPJMBZ6.8PJSD05FN2SOT-23DFN2L典型線路在音頻數(shù)據(jù)線路保護(hù)方面，由于音頻回路的信號(hào)速率比較低，對(duì)器件電容的要求不太高，100pF左右都是可以接受的。DFN0.6x1.0

sqmm)SOT-232.9x2.4

sqmm)第23頁(yè)/共30頁(yè)ESD應(yīng)用—SIM/MemoryCard典型線路目前SIM卡的傳輸速率大約在480KBit/S，理論上是可達(dá)5Mbit/S的速率，記憶卡的傳輸速率一般在20Mbit/S的速率，對(duì)Cj的選擇一般20pf以下就OK，對(duì)高速記憶卡，速率可達(dá)200Mbit/S的，要求Cj小于5pf以下。PJSDA6V1W5PJUSB208PJSR70TB4SOT-363SOT23-6LSOT-543SOT-5431.6x1.6sqmmSOT3632.05x2.1sqmmSOT23-6L2.9x2.8sqmm第24頁(yè)/共30頁(yè)

HDMI：(HighDefinitionMultimediaInterface)，意思是高清晰度多媒體接口，首個(gè)也是業(yè)界唯一支持的不壓縮全數(shù)字的音頻/視頻接口，HDMI1.3傳輸速度10.2Gbps，Cj要求小于1pf。MultimediaControllerVideoAudioMultimediaControllerVideoAudioTx1-Tx1+GndTx2-Tx2+Tx0+Tx0-GndTC-TC+Tx1-Tx1+GndTx2-Tx2+Tx0+Tx0-GndTC-TC+HDMIESD應(yīng)用—HDMICSP0.4x0.6x1.0PJCSP0524PPJCSP0522CSPCSPCSP1.0x2.5x0.4典型線路第25頁(yè)/共30頁(yè)典型線路ESD應(yīng)用—DVIDVI（DigitalVisualInterface），即數(shù)字視頻接口，每組信道的傳輸碼流最高可達(dá)1.65Gbps，需選擇Cj小的保護(hù)器件。PJSRV05W-4LCPJSRV05W-4PJSRV05-4PJUSBLC6-2PJSR05TB4SOT-363SOT23-6LSOT-543SOT-5431.6x1.6sqmmSOT3632.05x2.1sqmmSOT23-6L2.9x2