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手机接口的ESD保护设计

作者:硕凯电子   文章来源:硕凯电子   发布时间:2018-04-11 09:18:11

目前几乎所有的芯片组都有片上ESD保护。ESD电路放在芯片的外围和邻近I/O焊垫处,它用于在晶圆制造和后端装配流程中保护芯片组。在这些环境中,ESD可通过设备或工厂的生产线工作人员引入到芯片组上。关键的ESD规范包括人体模型(HBM)、带电器件模型(CDM)和机器模型(MM)。这些测试规范的目的是确保芯片组在制造环境中维持很高的制造良率。


传统上,芯片制造商一直试图维持HBM要求的2,000V水平。从成本效益比的角度来看,这已经被证明是件很难做到的事。随著制造技术转向90nm以下,将ESD保护水平维持在2,000V的成本,已开始以指数级上升。因此,现在新的目标是降低芯片上的ESD保护水平,但维持相同的高制造良率水平。


目前普遍接受的关键ESD保护电压水平约为500V。在这一水平,芯片成本增加得较合理,良率水平也不会受到损害。这是因为典型的晶圆厂和装配车间有将ESD限制在500V或以下的政策。


因此,即使所有的芯片组在裸片上包含一些ESD保护电路,其目的也只是确保制造的高良率。不过,这一级别的ESD保护不足于保护芯片组免受消费者实际使用手机时将会碰到的严重ESD事件的伤害。在无法预先控制的消费环境中,必须使用不同的ESD保护规范。这就是IEC61000-4-2。


该IEC规范已被许多应用制造商(手机、智能电话、MP3播放器等)使用来确保其产品可靠地工作,以及不会遭受早期失败。这一规范的ESD保护电压水平高很多,因此与HBM不兼容。HBM规范要求的测试集中在500V。另一方面,IEC中的空气放电方法要求的测试可以超过15,000V。


这意味着,在芯片组的ESD保护能力和应用可靠性所要求的测试水平之间存在著一个非常大的差距。这通常意味着板级ESD元件(如多层压敏电阻、聚合物ESD抑制器和硅保护阵列)必须填补这一差距。要注意的一点是,这些技术的ESD保护性能是不同的。具体来说,导通时间和钳位电压差别很大。这意味着,对敏感的芯片组来说,有可能使用其中某种技术的应用无法通过ESD测试,但使用另一种技术时又可以通过ESD测试。


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