基于人体起电实验外推超低电压研究

随着电子工业技术的飞速发展,电子产品静电放电(electrostatic discharge, ESD)敏感度电压已经低于人体模型(human body model,HBM)电压50 V,然而现有防静电工作区(electrostatic discharge protected area, EPA)配置要求标准只是针对于ESD敏感电压不低于HBM 100 V的电子产品.为了研究人体起电超低电压EPA配置,文中依据ANSI/ESD S20.20标准进行人体行走实验,在较高湿度条件下,选择对地电阻值远低于标准规定109Ω的防静电地板与防静电鞋,测试人体起电的系统电阻及其行走起电电压.基于短时间的实验数据利用切比雪夫不等式外推特定概率下最大可能电压,使短时间实验数据具有实践意义.实验研究发现:虽然人体行走电压与其系统电阻之间呈正相关关系,但是离散性较大,仅通过系统电阻控制人体起电电压,无法得到良好的结果.最后,依据外推电压对EPA的防护可靠性进行风险评估,提出了降低失效风险的建议和措施.

功率快恢复二极管反偏ESD机理分析

功率半导体器件静电放电(ESD)的可靠性在应用中至关重要,其抗ESD的机理需深入研究。采用一种符合GB/T 17626.2标准的简明分段线性电流源,对功率快恢复二极管(FRD)反偏ESD过程进行仿真计算。基于器件外端电压波形经历过冲、负阻和振荡以及平缓发展三个阶段,分析了器件内部相应的一系列复杂变化。结果表明:器件内部的"过耗尽"、雪崩注入、载流子及电场分布涨落等变化,最终导致电流在pn结拐角处形成局部集中。最后,分析了器件结构参数对抗ESD能力的影响。

基于GGNMOS的ESD建模与仿真技术研究

随着微电子加工工艺技术的发展,集成电路对静电越来越敏感。设计合理有效的静电放电(ESD)保护器件显得日趋重要。传统的"手动计算+流片验证"的设计方法费时耗力。该文基于栅极接地的NMOS(GGNMOS)器件,以Sentaurus为仿真平台,建立器件模型,根据ESD防护能力的需求,计算出GGNMOS的设计参数,设计出防护指标达到人体模型(HBM)4.5kV的管子。结果表明,该方法简单有效,能缩短设计周期,是防护器件设计的一种优秀方法。

新型瞬变脉冲能量吸收矩阵的静电防护设计及应用

采用高分子复合纳米电压变阻薄膜与金属电极矩阵构成瞬变脉冲能量吸收矩阵(EAMTP),将其按印刷电路板(PCB)制程内嵌到PCB板夹层中,使PCB板上所有敏感元件从贴装开始就得到保护,实现电子电路静电放电(ESD)的全屏蔽。人体金属模型(HMM)测试结果表明,对比普通电路板和两种安装ESD保护分立器件的电路板,内嵌EAMTP的电路板对8 kV的静电脉冲有更快的响应速度和更高的释放效率;人体模型(HBM)测试发现,EAMTP上任意一个ESD保护点都有抗4 000 V静电的能力,任意一个ESD保护点都等同于一个单体的ESD保护元件,既节省了成本也不占用PCB面积。

双界面智能卡芯片模拟前端ESD设计

双界面智能卡芯片静电放电(ESD)可靠性的关键是模拟前端(AFE)模块的ESD可靠性设计,如果按照代工厂发布的ESD设计规则设计,AFE模块的版图面积将非常大。针对双界面智能卡芯片AFE电路结构特点和失效机理,设计了一系列ESD测试结构。通过对这些结构的流片和测试分析,研究了器件设计参数和电路设计结构对双界面智能卡芯片ESD性能的影响。定制了适用于双界面智能卡芯片AFE模块设计的ESD设计规则,实现对ESD器件和AFE内核电路敏感结构的面积优化,最终成功缩小了AFE版图面积,降低了芯片加工成本,并且芯片通过了8 000 V人体模型(HBM)ESD测试。