ESD (Electro-Static Discharge,靜電放電)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。因此,ESD防護(hù)一直以來都是工程師們的工作重點(diǎn)。
靜電的基本物理特性為:吸引或排斥,與大地有電位差,會(huì)產(chǎn)生放電電流。這三種特性又對電子元件產(chǎn)生如下幾種影響:
1.靜電吸附灰塵,降低元件絕緣電阻(縮短壽命)。
2.靜電放電破壞,瞬間高壓使元件受損不能工作(完全破壞)。 3.靜電放電電場或電流產(chǎn)生的熱,使元件受傷(潛在損傷)。
4.靜電放電產(chǎn)生的電磁場幅度很大(達(dá)幾百伏/米)頻譜極寬(從幾十兆到幾千兆), 對電子產(chǎn)器造成干擾甚至損壞(電磁干擾)
靜電對電子產(chǎn)品損害有哪些特點(diǎn)?
1. 隱蔽性 人體不能直接感知靜電除非發(fā)生靜電放電,但是發(fā)生靜電放電人體也不一 定能有電擊的感覺,這是因?yàn)槿梭w能感知的靜電放電電壓為2-3 KV,所以靜電具有隱蔽性。
2. 潛在性 有些電子元器件受到靜電損傷后的性能沒有明顯的下降,但多次累加放電 會(huì)給器件造成內(nèi)傷而形成隱患。因此靜電對器件的損傷具有潛在性。
3. 隨機(jī)性 電子元件甚么情況下會(huì)遭受靜電破壞呢?可以這么說,從一個(gè)元件產(chǎn)生以 后,一直到它損壞以前,所有的過程都受到靜電的威脅,而這些靜電的產(chǎn)生也具有隨機(jī)動(dòng)性性。其損壞也具有隨機(jī)動(dòng)性性。
4.復(fù)雜性 靜電放電損傷的失效分析工作,因電子產(chǎn)品的精、細(xì)、微小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而費(fèi) 時(shí)、費(fèi)事、費(fèi)錢,要求較高的技術(shù)并往往需要使用掃描電鏡等高精密儀器。即使如此,有 些靜電損傷現(xiàn)象也難以與其他原因造成的損傷加以區(qū)別,使人誤把靜電損傷失效當(dāng)作其他 失效。這在對靜電放電損害未充分認(rèn)識(shí)之前,常常歸因于早期失效或情況不明的失效,從 而不自覺地掩蓋了失效的真正原因。所以靜電對電子器件損傷的分析具有復(fù)雜性。
因此我們說ESD防護(hù)在我們常用的電子消費(fèi)類終端產(chǎn)品,特別是日益增多的各類數(shù)碼產(chǎn)品中體現(xiàn)的尤為重要。而冬天人體產(chǎn)生的靜電非常強(qiáng)烈而且頻繁,當(dāng)我們接觸手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)或MP3等手持電子設(shè)備時(shí),靜電常常通過人體引入電子設(shè)備中;而目前的電子產(chǎn)品廣泛采用大規(guī)模的集成電路,如果沒有專門的靜電防護(hù),輕則引起芯片復(fù)位、數(shù)據(jù)丟失、關(guān)機(jī)等現(xiàn)象,重則擊穿芯片造成永久性破壞,給我們的日常生活帶來不必要的麻煩和經(jīng)濟(jì)上的損失!因此為保證整個(gè)系統(tǒng)有較好的ESD防護(hù)能力,外部ESD防護(hù)器件是必不可少的。下面為大家介紹幾種常用的ESD防護(hù)器件。(點(diǎn)擊進(jìn)入ESD防護(hù)器件選擇http://www.mouser.cn/new/circuit-protection/n-5g3c)
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ESD防護(hù)器件選擇
ESD防護(hù)器件通常稱作瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)。ESD TVS器件采用的技術(shù)主要有三種:壓敏電阻、聚合物和硅二極管,每種技術(shù)各有其獨(dú)特特性。
1.金屬氧化物壓敏電阻(MOV)(點(diǎn)擊進(jìn)入壓敏電阻選擇)
壓敏電阻在小電流和低電壓下具有高阻抗,但在高電壓和大電流下,它們的阻抗大幅下降,因此它們屬于電壓箝位器件。
壓敏電阻是雙向保護(hù)器件,具有很寬范圍的電流和電壓保護(hù)能力,適用從高壓輸電線路和雷電保護(hù),到到小型ESD表面貼裝器件等應(yīng)用領(lǐng)域,。然而,相對于它們的導(dǎo)電率來說,它們電容較大,這意味著它們在高速信號(hào)線路保護(hù)方面的應(yīng)用受到限制。壓敏電阻在遭受多次應(yīng)力后,性能也會(huì)下降,即使遠(yuǎn)低于單次應(yīng)力導(dǎo)致的損壞等級(jí)。
2.聚合物浪涌抑制器(點(diǎn)擊進(jìn)入浪涌抑制器選擇)
聚合物浪涌抑制器件為消弧器件,且總是雙向保護(hù)器件。它們的電容很低,對高速應(yīng)用具有吸引力。但是它們的短處是導(dǎo)通電壓高、導(dǎo)通阻抗性能相對較差,遭受多次應(yīng)力時(shí)易于性能下降。
3.TVS二極管(點(diǎn)擊進(jìn)入TVS二極管選擇)
如今大多數(shù)的二極管都是采用硅制造的固態(tài)器件。它們?yōu)殡p端器件,很容易讓一個(gè)方向上的電流流過,但在相反方向上,它們呈現(xiàn)高阻抗,直到兩端電壓達(dá)到擊穿電壓。二極管本質(zhì)上為單向器件,保護(hù)方式為電壓箝位。
二極管的特性取決于N區(qū)與P區(qū)的摻雜程度,這兩個(gè)區(qū)離結(jié)點(diǎn)的距離遠(yuǎn)近不同。調(diào)節(jié)摻雜程度能構(gòu)建反向偏置擊穿電壓在幾百伏到僅幾伏之間的二極管。設(shè)計(jì)有明確定義的反向偏置擊穿電壓的二極管,通常稱作齊納二極管。
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基于二極管的TVS產(chǎn)品擁有其它ESD防護(hù)產(chǎn)品所不具備的多用性——可選擇單向和雙向保護(hù)?;径O管是單向產(chǎn)品,且是僅有的單向保護(hù)元件。串聯(lián)結(jié)合兩個(gè)二極管就能輕易地構(gòu)成雙向保護(hù)。雙向保護(hù)可通過共陰極或共陽極配置來實(shí)現(xiàn)。使用一對單向TVS器件便能實(shí)現(xiàn)雙向保護(hù)性能。市面上有多種基于雙向二極管的TVS器件,這些器件中的兩個(gè)二極管均位于同一個(gè)封裝,甚至經(jīng)常集成在單個(gè)硅襯底上。
過去,硅TVS器件由于電容高,在保護(hù)低壓高速信號(hào)線路方面存在劣勢。然而,近年來的技術(shù)進(jìn)步消除了這種不利因素。安森美半導(dǎo)體的新產(chǎn)品ESD9L5.0將硅器件保護(hù)的優(yōu)勢與高速應(yīng)用要求的低電容結(jié)合在一起。這個(gè)產(chǎn)品的特性就像一個(gè)簡單的齊納二極管。事實(shí)上,ESD9L5.0包含一個(gè)擊穿電壓低的齊納二極管和一對擊穿電壓高(因而電容小)的標(biāo)準(zhǔn)二極管。
ESD防護(hù)器件的比較
表1總結(jié)了前面談及的三類TVS器件的基本特性。選擇恰當(dāng)?shù)谋Wo(hù)器件應(yīng)考慮多種因素,其中關(guān)鍵的決定因素就是被保護(hù)電路的特性。
對應(yīng)力有不對稱敏感度的電路節(jié)點(diǎn),可能需要只有TVS二極管產(chǎn)品才能提供的單向保護(hù)。高速應(yīng)用要求非常低的電容,這使得使聚合物器件具有吸引力。聚合物器件可以滿足對低電容和保護(hù)能力的要求。為了讓聚合物TVS產(chǎn)品可以用在高速應(yīng)用中,,高速節(jié)點(diǎn)需要在瞬態(tài)高壓下工作以導(dǎo)通聚合物TVS,并在導(dǎo)通模式下提供中等阻抗。
由于成本低、不要求高壓導(dǎo)通,壓敏電阻常常具有吸引力。如果它們被制造得足夠大以提供具有足夠低的導(dǎo)通阻抗,從而提供充足的保護(hù),那么它們的電容通常對高速應(yīng)用而言就太大了。TVS二極管產(chǎn)品具有很好的箝位能力,如今市場上也有超低電容的TVS產(chǎn)品,甚至適合最高速的應(yīng)用。二極管也頗具吸引力,因?yàn)樗鼈兡軌蛴米鲉蜗虮Wo(hù)器件,匹配當(dāng)今許多高速數(shù)字信號(hào)的電壓范圍。
最后為大家推薦一個(gè)擁有最全的ESD防護(hù)器件的好地方——最全電路保護(hù)器件匯總,幫助工程師們解決選擇難題。
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