정적 보호 공통 문제 및 해결 방법
현대의 반도체 장치의 규모가 점점 더 커지고 작동 전압이 점점 낮아지기 때문에 반도체 장치가 외부 전자기 방해에 민감 해집니다. ESD는 회로, 구성 요소의 손상, CMOS 회로 및 인터페이스 회로로 인한 간섭에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. 또한 전자 장비의 ESD는 전자기 적합성 테스트의 중요한 부분으로 국내 및 국제 표준에 기록되기 시작했습니다.
정전기의 원인과 피해
유전율이 다른 두 물질에 의해 정전기가 문질러지면 양극과 음극이 두 개의 특정 체에 축적됩니다. 두 물체가 접촉 할 때 그 중 하나는 전자를 끌어 당기므로 서로 다른 충전 전위를 형성합니다. 인체의 경우 옷과 피부의 마찰에 의해 발생하는 정전기가 인체 충전의 주요 원인 중 하나입니다.
정적 전원이 다른 물체와 접촉 할 때, 전압을 상쇄하기에 충분한 전력을 전달하는 충전 중화 메커니즘에 따른 충전 흐름이 있습니다. 고속 전원 전송 중에 전위 전압, 전류 및 전자기장이 생성됩니다. 심각한 경우 개체가 파괴됩니다. 이것은 정전기 방전입니다. 이는 국가 표준에 정의되어 있습니다. 정전기 방전은 일반적으로 ESD로 표현되는 특수 정전기 장 (근접 / 직접 접촉) (GB / T4365-1995)에 의한 전하 이동입니다. ESD는 전자 장비의 심각한 손상 또는 오작동을 일으킬 수 있습니다.
장치에 대한 정전기 손상은 우세하고 열성입니다. 숨겨진 손상은 그 당시에는 보이지 않았지만 과압과 고온의 조건 하에서 장치가 더 부서지기 쉽고 쉽게 손상되었습니다.
ESD의 두 가지 주요 고장 메커니즘은 다음과 같습니다. ESD 전류에 의해 생성 된 열은 소자의 열적 고장을 일으 킵니다. ESD에 의해 유도 된 과도한 전압은 절연 파괴를 일으 킵니다. 두 가지 유형의 손상이 하나의 디바이스에서 동시에 발생할 수 있습니다. 예를 들어 절연 파괴가 큰 전류를 여기시킬 수 있으며, 이는 결국 열 손실로 이어집니다.
회로에 의해 야기 된 손상 이외에, 정전기 방전은 또한 전자 회로에 간섭을 일으키기 쉽다. 정전기 방전이 전자 회로를 방해 할 수있는 두 가지 방법이 있습니다. 하나는 전도 된 간섭이고 다른 하나는 복사 된 간섭입니다.
디지털 제품의 건설과 ESD 문제
요즘, 다양한 디지털 제품의 기능이 점점 강력 해지고 보드는 점점 작아지고 통합은 점점 더 커지고 있습니다. 인터페이스의 어느 정도는 인간 - 컴퓨터 상호 작용에 사용되므로 인체 정전기 방전의 ESD 문제가 있습니다. ESD 보호가 필요한 일반 디지털 제품의 부품은 USB 인터페이스, HDMI 인터페이스, IEEE1394 인터페이스, 안테나 인터페이스, VGA 인터페이스, DVI 인터페이스, 버튼 회로, SIM 카드, 이어폰 및 기타 다양한 데이터 전송 인터페이스입니다.
ESD는 제품이 비정상적으로 작동하거나 고장 나거나 손상을 입히거나 기타 보안 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 제품이 출시되기 전에 국내 또는 해외 검사 부서에서 ESD 및 기타 서지 서지를 테스트해야합니다. 그 중 접점 방전은 ± 8kV에 달할 필요가 있으며, 방전은 ± 15kV에 이르기 때문에 ESD 설계에 높은 요구 사항이 있습니다.
디지털 제품의 ESD 문제 해결 및 보호
3.1 제품의 구조 설계
방출 된 정전기가 홍수로 간주되는 경우 주 솔루션은 "차단"및 "예비"인 물 제어와 유사합니다. 우리가 설계 한 제품에 기밀성이있는 이상적인 하우징이 있으면 정전기가 없으므로 정적 문제는 없습니다. 그러나 실제 케이스는 종종 덮개에 틈이 있으며 그 중 대다수는 금속 장식 조각이 있으므로주의를 기울여야합니다.
먼저 "차단"방법을 사용하십시오. 케이싱의 두께를 늘리십시오. 즉, 케이싱과 보드 사이의 거리를 늘리거나 케이 스의 에어 갭의 거리를 몇 가지 등가의 방법으로 늘리므로 케이지의 에너지 강도를 피하거나 크게 줄입니다. ESD.
구조 개선을 통해, 외부 케이싱과 내부 회로 사이의 에어 갭의 거리가 증가 될 수있어, ESD의 에너지가 크게 감소된다. 일반적으로 8kV ESD는 일반적으로 4mm 거리에서 0으로 감소합니다.
둘째, "스파 스 (sparse)"방법을 사용하여 EMI 페인트로 케이스의 내부에 스프레이 할 수 있습니다. EMI 도료는 전기 전도성이 있으며 정전기를 하우징에서 전도시킬 수있는 금속성 차폐물로 생각할 수 있습니다. 그런 다음 하우징을 PCB (인쇄 회로 기판)의 접지에 연결하여 접지에서 정전기를 제거합니다. 정전기 방지 이외에도이 처리 방법은 EMI 간섭을 효과적으로 억제 할 수 있습니다. 공간이 충분하면 PCB의 GND에 연결된 금속 실드로 회로를 보호 할 수 있습니다.
요컨대, ESD 디자인 주택에 대해 알고 있어야 할 많은 곳이 있습니다. 첫 번째 단계는 ESD가 하우징 내부로 들어가는 것을 방지하고 하우징에 들어가는 에너지를 최소화하는 것입니다. 케이스 내부에 들어가는 ESD는 GND에서 멀리 떨어지도록 유도하고 회로의 다른 부분에 손상을주지 않도록하십시오. 케이스에 금속 장식을 사용하면 예기치 않은 결과가 발생할 수 있으므로 특별한주의가 필요하므로주의하십시오.
3.2 제품의 PCB 디자인
현재 제품의 PCB (인쇄 회로 기판)는 일반적으로 4 층 보드 인 고밀도 보드입니다. 밀도가 높아지면 6 층 보드를 사용하는 경향이 있으며 디자인은 항상 성능과 면적의 균형을 고려해야합니다. 한편으로는 공간이 클수록 더 많은 공간을 구성 요소에 배치 할 수 있습니다. 동시에, 선 너비와 선 간격이 넓어 져 EMI, 오디오, ESD 및 기타 측면에서 이점이 있습니다. 반면에 디지털 제품 디자인의 소형화는 추세이며 필요합니다. 따라서 설계 할 때 균형점을 찾아야합니다.
ESD 문제와 관련하여 설계시 특히 GND 배선 및 라인 간격 설계와 관련하여 많은 관심을 기울여야합니다. 일부 제품에서는 ESD에 큰 문제가 있으며 항상 이유가 없습니다. 반복적 인 연구와 실험을 통해 PCB 디자인에서 문제가되는 것으로 밝혀졌습니다. 이를 위해 PCB 디자인에서 주목해야 할 점을 요약하면 다음과 같습니다.
(1) PCB 보드 가장자리 (via via via 경계선)와 다른 배선 사이의 거리는 0.3mm보다 커야합니다.
(2) PCB의 보드 가장자리는 모두 GND 트레이스로 둘러싸여있는 것이 바람직합니다.
(3) GND와 다른 배선 사이의 거리는 0.2mm ~ 0.3mm로 유지됩니다.
(4) Vbat과 다른 배선 사이의 거리는 0.2mm와 0.3mm 사이에 유지된다;
(5) Reset, Clock 등의 중요 선과 다른 배선 간의 거리는 0.3mm 이상이어야한다.
(6) 고전력 라인과 다른 배선 사이의 거리는 0.2 mm 내지 0.3 mm로 유지되고;
(7) 다른 층의 GND 사이에는 가능한 한 많은 비아 (VIa)가 있어야합니다.
(8) 최종 포장에서 날카로운 모서리를 피하십시오. 날카로운 모서리는 가능한 한 매끄러 워야합니다.
3.3 제품 회로 설계
ESD 문제에주의를 기울인 후에 하우징과 PCB 디자인에서 ESD는 필연적으로 제품의 내부 회로, 특히 USB 포트, HDMI 인터페이스, IEEE1394 인터페이스, 안테나 인터페이스, VGA 인터페이스, DVI 인터페이스 , 버튼 회로, SIM 카드, 이어폰 및 기타 유형의 데이터 전송 인터페이스를 통해 인체에서 내부 회로로 정전기가 유입 될 수 있습니다. 따라서 ESD 보호 장치를이 포트에 사용해야합니다.
과거에 사용 된 정전기 보호 장치는 배리스터 및 TVS 장치이지만,이 장치의 일반적인 단점은 응답 속도가 너무 느리고 방전 전압이 충분히 정확하지 않으며 전극 간 정전 용량이 커서 수명이 짧으며 여러 용도로 인해 전기 성능이 저하됩니다. . 따라서 현재 "정적 서프 레서 (static suppressor)"는 업계에서 일반적으로 기존의 정적 보호 장치를 대체하기 위해 사용됩니다.
"정적 서프 레서"는 정전기 문제에 대한 전문적인 솔루션입니다. 내부 구조와 작동 원리는 다른 제품보다 과학적이고 전문적입니다. 그것은 중합체 고분자 재료로 만들어지며 내부 다이아몬드 분자는 규칙적인 이산 형태로 배열됩니다. 정전 전압이 소자의 트리거 전압을 초과하면 내부 분자가 급속하게 팁 - 팁 방전을 발생시켜 순간 정전기를지면으로 방출합니다. 가장 큰 특징은 빠른 응답 (0.5ns ~ 1ns), 매우 낮은 전극 간 정전 용량 (0.05pf ~ 3pf), 매우 작은 누설 전류 (1μA)로 다양한 인터페이스 보호에 매우 적합합니다.
정적 서프 레서는 작은 부피 (0603, 0402), 무극성, 빠른 반응 속도 등의 많은 장점을 가지고 있기 때문에 현재 설계에서 스태프 서프 레서를 보호 장치로 사용하는 비율이 증가하고 있으므로 다음 사항에주의하십시오 사용 시점 :
1. 보호 할 포트에 가능한 한 가깝게 장치를 놓으십시오.
2. GND에 대한 연결은 가능한 짧습니다.
3. 연결된 GND의 면적은 가능한 한 커야합니다.
ESD 문제는 많은 중요한 문제 중 하나입니다. 서로 다른 전자 장치의 회로 손상을 피하는 데는 여러 가지 방법이 있습니다. 디지털 제품의 크기가 작고 밀도가 높기 때문에 ESD 보호에는 고유 한 기능이 있습니다. 많은 정적 테스트 실험을 통해이 논문의 설계 방법은 ± 2kV 방전 후 죽었을 제품을 보호하고 개선 할 수 있으며 ± 8kV 정전기 방전 조건에서도 안정적으로 작동 할 수 있음을 입증합니다. 아주 좋은 정전기를 재생합니다. 보호 효과.
전자 장치의 사용이 늘어남에 따라 ESD 설계는 모든 구조 설계 엔지니어 및 전자 설계 엔지니어의 주요 관심사입니다. 지속적으로 요약하고 학습함으로써 ESD 문제는 더 이상 문제가되지 않습니다!