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      對抗靜電放電,ESD防護器件該如何選擇?

      發(fā)布時間:2013-11-30 責任編輯:eliane

      【導(dǎo)讀】靜電放電現(xiàn)象在我們的日常生活中很常見,但對于電子產(chǎn)品而言卻是足以致命的,因此,做好ESD防護十分重要,而為保證整個系統(tǒng)有較好的ESD防護能力,外部ESD保護器件是必不可少的。面對市場上眾多的ESD防護器件,工程師該如何針對應(yīng)用的不同進行選擇呢?

      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防護一直以來都是工程師們的工作重點。 

      靜電的基本物理特性為:吸引或排斥,與大地有電位差,會產(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? 

      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,這是因為人體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. 隨機性  電子元件甚么情況下會遭受靜電破壞呢?可以這么說,從一個元件產(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)生也具有隨機動性性。其損壞也具有隨機動性性。         
        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、微小的結(jié)構(gòu)特點而費 時、費事、費錢,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作其他 失效。這在對靜電放電損害未充分認識之前,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防護在我們常用的電子消費類終端產(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)生的靜電非常強烈而且頻繁,當我們接觸手機、數(shù)碼相機或MP3等手持電子設(shè)備時,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,輕則引起芯片復(fù)位、數(shù)據(jù)丟失、關(guān)機等現(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)濟上的損失!因此為保證整個系統(tǒng)有較好的ESD防護能力,外部ESD防護器件是必不可少的。下面為大家介紹幾種常用的ESD防護器件。(點擊進入ESD防護器件選擇http://www.mouser.cn/new/circuit-protection/n-5g3c
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      ESD防護器件選擇

      ESD防護器件通常稱作瞬態(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)各有其獨特特性。

      1.金屬氧化物壓敏電阻(MOV)(點擊進入壓敏電阻選擇

      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器件,具有很寬范圍的電流和電壓保護能力,適用從高壓輸電線路和雷電保護,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線路保護方面的應(yīng)用受到限制。壓敏電阻在遭受多次應(yīng)力后,性能也會下降,即使遠低于單次應(yīng)力導(dǎo)致的損壞等級。

      2.聚合物浪涌抑制器(點擊進入浪涌抑制器選擇

      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)力時易于性能下降。

      3.TVS二極管(點擊進入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,直到兩端電壓達到擊穿電壓。二極管本質(zhì)上為單向器件,保護方式為電壓箝位。

      二極管的特性取決于N區(qū)與P區(qū)的摻雜程度,這兩個區(qū)離結(jié)點的距離遠近不同。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防護產(chǎn)品所不具備的多用性——可選擇單向和雙向保護。基本二極管是單向產(chǎn)品,且是僅有的單向保護元件。串聯(lián)結(jié)合兩個二極管就能輕易地構(gòu)成雙向保護。雙向保護可通過共陰極或共陽極配置來實現(xiàn)。使用一對單向TVS器件便能實現(xiàn)雙向保護性能。市面上有多種基于雙向二極管的TVS器件,這些器件中的兩個二極管均位于同一個封裝,甚至經(jīng)常集成在單個硅襯底上。

      過去,硅TVS器件由于電容高,在保護低壓高速信號線路方面存在劣勢。然而,近年來的技術(shù)進步消除了這種不利因素。安森美半導(dǎo)體的新產(chǎn)品ESD9L5.0將硅器件保護的優(yōu)勢與高速應(yīng)用要求的低電容結(jié)合在一起。這個產(chǎn)品的特性就像一個簡單的齊納二極管。事實上,ESD9L5.0包含一個擊穿電壓低的齊納二極管和一對擊穿電壓高(因而電容小)的標準二極管。

      ESD防護器件的比較

      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?shù)谋Wo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電路的特性。

      對抗靜電放電,ESD防護器件該如何選擇?

      對應(yīng)力有不對稱敏感度的電路節(jié)點,可能需要只有TVS二極管產(chǎn)品才能提供的單向保護。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,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,因為它們能夠用作單向保護器件,匹配當今許多高速數(shù)字信號的電壓范圍。

      最后為大家推薦一個擁有最全的ESD防護器件的好地方——最全電路保護器件匯總,幫助工程師們解決選擇難題。

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