ESD器件
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-11
ESD器件的實例教程
1）工作電壓，
選擇ESD器件應該選擇系統工作電壓小于ESD器件的工作電壓（VRWM），例如系統是0~5V，那么我們應該選擇工作電壓（VRWM）大于5V的TVS。
2）信號類型
單向ESD器件和雙向ESD器件的選擇，雙向ESD器件可以通過正負擊穿電壓（VBR）的信號，而單向ESD器件只可以通過正擊穿電壓（VBR）的信號，如果通過負的就會造成ESD器件擊穿。
3）寄生電容
ESD器件是有寄生電容的，如圖是寄生電容對高速電路接口的影響，寄生電容會影響電平的上升和下降速度，影響輸出后的信號。
4）根據電路系統的最大承受電壓沖擊，選擇適合的鉗位電壓；
5）確保ESD器件可達到或超過IEC 61000-4-2 level4。
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展開 當參考電壓為100 V時，被用來作為對ESD來說具有器件體積小和靈敏度更高的低噪聲晶體管，而當電壓達到5,000 V時，則被用作較舊式的，較低性能的大體積晶體管。DUT被認為是一種評定特殊ESD等級的方式，即在電壓值為VREF的時候，它能經受得住這些測試的考驗，且其性能沒有下降，也沒有出現故障。盡管ESD測試如今也可能用到晶片上芯片等級的評定上，但作為代表的是其已在封裝器件中得以使用。作為一種對人體標準可供選擇的方法，傳輸線脈沖測量(TLP)經常被用來估計ESD的容限。
一個ESD 脈沖最好被理解成器件內部的一個急劇電流波動。對于第一階的近似值來說，假設在器件經歷這個電流波動期間整個事件發生的非?？煲灾劣跓崃慷紒聿患皞鞑ズ拖牡脑挘褪怯行У摹＝Y果，由ESD感應電流波動引起的溫度上升與電流密度的平方成正比，而且電流密度存在一個極限值，超過這個值實際上就會使器件中的硅熔化。
事實上，硅材料的融化會導致器件故障。由于電流密度是導致器件故障的關鍵一條，所以具有較大發射極邊緣面或面積的晶體管就比小一些的更耐用。與普遍看法相反，在集電極-發射極之間的擊穿電壓VCEO與其阻抗和ESD損壞并沒有相互關系。
為了提高耐用性，RF集成電路設計師們已經開發了ESD內部保護結構，用來幫助保護ESD靈敏的RF輸入和輸出端免受有害ESD事件的影響。但比較遺憾的是這些保護結構也在RF端加入了寄生電容，電感和損耗，因此導致其性能下降，同時也使得這種結構不適合與分立器件(對性能要求更高)一起使用。
在一個像雙極晶體管這樣的三引腳器件中，經由器件的任意兩個引腳一共有六種可能的方式來應用ESD 脈沖，而未使用的器件引腳仍然是開路(未連接)。通常當ESD 脈沖反方向接在PN結兩端的時候晶體管最容易損壞。而依賴于特殊半導體工藝技術，集電極-基極結通常是微弱的連接在RF晶體管上。
展開 另外，據我所知，有些ESD效果會比較好，請問有推薦的嗎
(1)ESD首先從本質上而言，其也是過壓或者電壓快速變化的一種情況，和我們的EFT,surge,DIP電壓跌落等類似，只不過其具體的能量表現形式不一樣，如下圖:
(2)然后ESD也屬于我們EMS防護中其中的一項，所以這又涉及到了我們EMS防護電路的設計，其實ESD只是我們通訊接口會遭遇的一種情況而已，一般針對于通訊接口，電源接口，我們都是綜合考慮，我們要做好EMC輔助電路設計，主要是EMI濾波和EMS防護
(3)EMI濾波主要是共模差模干擾信號的抑制
(4)一般在EMS防護電路設計的時候我們首先遵循的原則是多級防護，逐級遞減的原則
(5)然后基于上述的原則，然后合理的選擇諸如GDT, TVS, MOV, ESD器件進行合理的EMS防護電路設計在一定程度上能夠確保其整個EMS防護是合理，這也是我們ESD效果不佳改善的其中一個方法
(6)防靜電效果不佳另外一個原因基本上選型不合理，針對于ESD最重要的參數主要是有兩個:一個是鉗位電壓的選取，很多時候其防靜電效果不佳其實是這個參數選取不合理；另外一個參數是其寄生電容值，如果電容值不合理，尤其是對一些高速信號線如USB或者一些高速I/O線的時候，其很容易將正常的信號濾除，正常信號沒辦法正常傳遞，如USB不能通訊了等等；有些時候我們USB不能通訊大家先不要慌，先看看我們的ESD器件其寄生電容為多少，如果比較大的話，如20pF就會使得其信號被濾除
(7)一般通訊接口的地方我們需要做好EMI濾波和EMS防護，兩者結合起來其效果在更佳,下圖是一個USB2.0的通訊接口的EMS防護和EMI濾波的一個設計，關于EMI濾波如何設計，EMS防護如何設計我在老白硬件系列課程P4做了非常詳細的講解和分析，大感興趣可以參考
展開 目前芯導科技的TVS產品主要為ESD保護器件，采用溝槽結構和平面結構相關技術，主要代工尺寸為6-8 英寸；MOSFET產品為絕緣柵型結構的晶體管，其MOSFET產品主要采用溝槽結構相關技術，主要代工尺寸為8英寸;肖特基產品主要采用溝槽結構和平面結構相關技術，主要代工尺寸為 6-8 英寸。
“芯導科技的功率器件及功率IC產品，具有高性能、低功耗、小尺寸的特點，在手機、TWS、平板電腦等消費類電子領域需求廣泛。”一名終端廠商供應鏈人士說。
據了解，芯導科技的主要產品的應用領域聚焦于以手機、TWS、平板電腦為主的消費類電子領域，并且已經形成了多種產品系列，進入到小米通訊、TCL、傳音等品牌客戶以及華勤、聞泰、龍旗等業內知名ODM廠商的供應鏈。
芯導科技方面表示，目前小尺寸、高性能的ESD保護器件主要以歐、美、日企業供應的產品為主，而國內企業較少原因在于技術難度較高。一般的企業已經不容易進入功率半導體行業，而進入ESD保護器件設計領域的難度相對更大。
即便進入了ESD保護器件設計領域，由于ESD保護器件主要應用在以手機為主的消費類電子領域，終端手機品牌廠商和ODM廠商具有嚴格的終端認證體系，“終端手機廠商與供應商建立合作前，其會對供應商的整體資質進行評價，從供應商的整體規模、產品結構、現有客戶結構多維度了解相關情況，并由專人進行現場審核，審核通過后，方可進入終端廠商的合格供應商體系”芯導科技對此進行解釋。因此要打入和建立穩定的上下游供應鏈體系，功率半導體行業是不容易的。
隨著消費類電子的快速發展，集成電路的線寬越來越小，集成電路的尺寸變小，降低了集成電路的功耗，同時也使得集成電路變得更加敏感和脆弱，對靜電防護的需求越來越高，因此ESD的市場前景會變得更光明。
展開 比如1Mbps，信號隔離后的CAN通訊距離大約為25~30米（大部分的實際項目中都會對CAN通訊模塊電氣隔離，隔離器件會降低通訊距離）。波特率較低并且將終端匹配電阻增大，可遠距離通訊。比如5kbps、終端匹配電阻為390歐姆時，通訊距離可達10km！
圖12-1：波特率、終端匹配電阻和通訊距離關系圖
13. 信號延遲與通訊距離
高波特率情況下，制約CAN通訊距離的，是信號延遲。信號經過隔離光耦、傳輸電纜、ESD器件時，都會引起信號延遲。如果CAN的重同步也不足以彌補這個延遲，就會導致采樣錯誤，最終CRC校驗錯誤。
圖12-1給出了截面積為1.5mm2傳輸電纜，在不同波特率和終端匹配電阻下的最大通訊距離。其中當波特率為1Mbps時，通訊距離大約為30米。30米的通訊電纜，其傳輸損耗可以忽略不計，此時影響通訊距離的主要是信號延遲。
通常，傳輸電纜延時為5ns/m、高速光耦延時可達25ns、磁耦合隔離器件延遲3~5ns。在CAN通訊系統中，一個優良的延遲標準是：
其中：
t l_MAX：最大延遲時間
tBIT：位時間
以1Mbps為例，其位時間為1us，則tl_MAX < 0.245 × tBIT = 0.245 × 1us = 245ns。信號在1.5mm2傳輸電纜上傳輸49米就能達到這個延遲時間，另外再加上信號上升/下降沿時間以及隔離器件、ESD器件、PCB走線延時，實際項目中，1Mbps波特率在1.5mm2傳輸電纜上只能傳輸30米。
這也是為什么RS485波特率可以達到10Mbps甚至50Mbps，而CAN標準最大速率只有1Mbps的原因。
表13-1給出了判定延遲的參考標準，在實際項目中，推薦信號延遲處于良好一欄標準。
表13-1：最大延遲參考標準
14.
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ESD器件的最新內容
MOS管一個ESD敏感器件，它本身的輸入電阻很高，而柵-源極間電容又非常小，所以極易受外界電磁場或靜電的感應而帶電，又因在靜電較強的場合難于泄放電荷，容易引起靜電擊穿。
剝離前，ESD損傷的器件在低放大倍數下的效果圖
功率MOSFET靜電保護的基本概念是盡可能防止靜電積聚，并快速有效地去除已有電荷。
環境中的材料可以幫助或阻礙靜電控制。
CAN總線對電容敏感，在設計CAN接口電路時，需要使用CAN專用共模電感、專業ESD器件；需要根據應用的最大波特率和通訊距離，來決定是否在CAN總線上增加濾波電容以及濾波電容的大小。
信號在1.5mm2傳輸電纜上傳輸49米就能達到這個延遲時間，另外再加上信號上升/下降沿時間以及隔離器件、ESD器件、PCB走線延時，實際項目中，1Mbps波特率在1.5mm2傳輸電纜上只能傳輸30米。
以前只注意到ESD會損壞元器件，沒有想到，對于電子產品也要引起足夠的重視。
ESD，也就是我們常說的靜電釋放(Electro-Static discharge)。
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請問為何手持便攜電子產品，需要在眾多輸入輸出接口加ESD 器件？您認為選擇ESD元件的時候需要注意哪些參數？如果一個時鐘線加了ESD器件之后接口工作不正常，把ESD器件去掉之后卻能正常工作，您認為是什么原因，應該如何重新選擇ESD器件？
6，去耦電容靠近需保護器件，ESD 敏感器件的去耦電容應靠近器件電源和地管腳。
7，濾波器輸出端盡量靠近壓控制振蕩器（VCO） 的壓控輸入端，按最小工藝間隔分布布局。
8，衰減器網絡用于改善介質濾波器的端口匹配，要靠近介質濾波器端口，否則濾波器端口帶外嚴重不匹配，導致強烈反射，與放大器級聯后，可能引起帶外自激。
③ 調試、測量、檢驗時所用的低阻儀器、設備（如訊號、電橋等）應在ESD敏感型器件接上電源后，方可接到ESD敏感型器件的輸入端。
④ 在ESD敏感型 測試儀器生產線上，應嚴格使用靜電電位測試監視靜電電位的變化情況，以便及時采取靜電消除措施。
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請問為何手持便攜電子產品，需要在眾多輸入輸出接口加ESD 器件？您認為選擇ESD元件的時候需要注意哪些參數？如果一個時鐘線加了ESD器件之后接口工作不正常，把ESD器件去掉之后卻能正常工作，您認為是什么原因，應該如何重新選擇ESD器件？
ESD靜電二極管是用來避免電子設備中的敏感電路受到ESD(靜電放電)的影響。
可提供非常低的電容，具有優異的傳輸線脈沖（TLP）測試，以及IEC6100-4-2測試能力，尤其是在多采樣數高達1000之后，進而改善對敏感電子元件的保護。
