标签: 静电防护

湖南静芯宣布推出全新产品SEUCS2X24V1B。 SEUCS2X24V1B是一款工作电压为24V的超低电容深回扫型ESD保护器件 ， 专门设计用于保护连接到数据传输线的敏感电子元件，使之免受ESD(静电放电)引起的过压而损坏。 根据IEC61000-4-2和IEC610000-4-5规范，SEUCS2X24V1B可用于提供高达±15kV(接触放电) 和±15kV(空气放电)的ESD保护，可承受高达6A(8/20us)的峰值脉冲电流。 关于USB 4.0 USB是一种通用的串行总线标准，定义了数据传输协议和电源供应规范，用于连接计算机与外部设备。USB接口的设计初衷是为了简化计算机与外部设备之间的连接，通过一个统一的接口标准来替代以往计算机上众多的串行和并行接口。最新一代USB 4.0版本1.0于 2019 年发布，支持高达 40 Gbps 的连接,最大功率可达100W，同时提供与 Thunderbolt 3 和 4 的交叉兼容性。USB 4 版本 2.0将性能进一步提升， 将最大速度翻倍至 80 Gbps，输出功率最大可以达到240W 。USB4.0物理层形态只有Type-C一种，新型Type C接口允许正反盲插，并向后兼容 USB 3.2 和 USB 2.0。 USB 4.0接口和传统USB一样，都为外露设计，使用者可以很方便地即插即用、随拔即关。然而，这种频繁的热插入动作却潜藏着风险，它极易引发静电放电（ESD）等瞬时噪声问题。当带电的USB 4.0接口与系统接触时，电荷的瞬间转移会产生强大的静电冲击，可能导致系统工作异常，影响设备的正常功能，还可能直接损坏USB Type-C控制组件，给用户带来不必要的损失和困扰。 USB 4.0接口的引脚配置如下图所示。 图1 USB Type-C引脚配置 表1 USB Type-C引脚功能描述表 深回扫型ESD介绍 回扫特性ESD防护器件具有超小封装体积、超低钳位电压、超低结电容特性，相比常规工艺 TVS 防护效果更优，且不影响信号完整性，可更有效保护高速数据接口免受瞬态过电压的影响，为相关电子产品设备加固防护，提升消费者使用体验。 常规型ESD的电压会随着I PP （峰值脉冲电流）的增加而等比例增加，呈现出一个较为线性的增长趋势。而深回扫型ESD器件在当电压达到V T （触发电压）后会瞬间将两端的钳位电压拉低，进入一个小于工作电压V RWM 的较低电压V HOLD ,之后随着电流的增加电压逐渐增大。 其相较于常规ESD器件的优点有： 1. 更低的钳位电压 ：在相同的I PP 下，带回扫ESD的V C （钳位电压）比常规ESD器件低30%以上。 2. 更低的漏电流 ：这类ESD器件具有更低的漏电流，有助于降低设备的功耗，实现更节能的设计。 3. 更深的应用范围 ：带回扫ESD的优异性能使其适用于更深的领域，如低压移动电子设备、汽车电子、工业控制等对ESD保护要求较高的场合。 图2 ESD特性曲线图对比 通过对比常规ESD和带回扫ESD的特性曲线图及其优点，可以看出带回扫ESD在ESD保护方面具有更出色的性能和应用前景。 SEUCS2X24V1B 介绍 SEUCS2X24V1B是湖南静芯研发的一款工作电压为24V的超低电容深回扫型ESD静电保护器件，专门设计用于保护高速数据接口免受过应力事件的影响，可适用于USB 4.0的识别通道和辅助通道防护。SEUCS2X24V1B的工作电压为24V，钳位电压为5.6V，具有0.12pF的极低电容，可确保信号完整性。器件采用超小型DFN0603-2L，可极大节省电路板空间。根据IEC 61000-4-2 (ESD)规范，SEUCS2X24V1B可用于提供高达±15kV(接触放电)，±15kV(空气放电)的ESD保护，并根据IEC61000-4-5标准承受高达6A(8/20μs)的峰值脉冲电流。 表2 SEUCS2X24V1B相关曲线图 At TA = 25℃unless otherwise noted 表3 SEUCS2X24V1B电气特性表 应用示例 下图是湖南静芯推出的USB4.0PD3.0完整解决方案。在使用USB-PD的情况下，VBUS引脚电压可以达到20V，由于CC/SBU引脚紧挨着VBUS引脚，如果发生短路，CC/SBU引脚将暴露在20V下, 可能会对系统造成损害，为了避免此现象的发生，我们需要在CC/SBU引脚附近设置工作电压大于20V的静电保护元件。因此选择工作电压为24V的深回扫型ESD器件SEUCS2X24V1B对CC/SBU引脚进行保护。 图2 USB4.0PD3.0应用解决方案 USB-C的八个引脚（Tx1±、Tx2±、Rx1±、Rx2±）组成两个超高速数据传输通道，这种双通道配置以每通道 40Gbps 的速度传输数据，在使用两个通道时速度可达80Gbps。这四个超高速信号传输差分对和低速信号传输差分对D+/D-采用湖南静芯研发的深回扫型超低电容ESD器件SEUCS2X3V1B进行防护。 USB PD3.0可以提供高达100W的功率，则VBUS上的最大电压可以达到20V，最大电流为5A。VBUS 引脚的安全性就需要使用工作电压高于 20V的防护器件来保护 VBUS 引脚，推荐采用湖南静芯研发的平缓浪涌抑制器(TDS)ESTVS2200DRVR进行防护，该器件可用于保护工作电压为20V、22V和24V的系统。 总结与结论 SEUCS2X24V1B拥有低电容低钳位电压的优异性能，可适用于USB 4.0接口的部分引脚防护或其他工作电压为24V的系统。湖南静芯深回扫型系列ESD器件工作电压涵盖1.0~38V，电流涵盖4~30A，电容最低至0.1pF，封装涵盖CSP、FC及各类封装形式。同时推出22V33V TDS平缓浪涌抑制器，可用于保护工作电压为20V、24V、28V、36V的系统，具有精准且恒定的触发电压、优异的钳位性能及稳定的温度特性，可为系统提供更全面保护。结合TDS器件与深回扫ESD优势，湖南静芯是国内首家推出USB4.0完整解决方案的公司，详情可以参考：“湖南静芯推出USB4.0PD3.0的ESDEOS防护完整解决方案100W+80G/120G”与“湖南静芯推出USB4.0PD3.1的ESDEOS防护完整解决方案140W180W+80G/120G”等文章。

​ 此内容由EEWORLD论坛网友copper_hou原创，如需转载或用于商业用途需征得作者同意并注明出处 现今随便走访国内的一家电子制造工厂，当你问他们是否了解静电防护。相信大部分都会给予肯定的回答，而且还会列举一二自己工厂所采取的一些具体的静电防护措施。这种局面是过往将近20年的时间里，多方力量促进电子制造工业静电防护的综合成果。 而随着静电防护在各电子制造企业的实践中，企业也提出了不少针对静电防护的具体问题，甚至于对静电防护的总体认知产生了很多问号、怀疑。其中常被提及的问题之一，工厂都了解人体高静电会对电子器件（以各种IC为主）构成危害，这种普遍认识没有问题。但是大部分的电子企业很难形成静电防护与生产良率或品质损失的关联认知。那么，是否人体一旦静电不受控，裸手触摸静电敏感IC，就会导致IC损坏么？而事实上，确实有企业验证过，很少有发现IC（HBM-200V）损坏，即使是人体静电达1000V。 ​ 图1.带高静电的人员裸手触摸静电敏感的IC管脚，就会导致IC损坏么？ 要回答好这个问题，就需要深入到了解IC器件ESD失效机理的层面上。例如IC器件中常见的MOS（Metal Oxdide Semiconductor）管，其主要ESD失效机理是电极绝缘层（电介质层）在遭受过高的静电场作用下发生击穿，瞬间产生大ESD电流导致绝缘层发生热损坏，从而导致IC的原有设计功能失效。 ​ 图2.典型的IC ESD失效机理（源自LEAN ESD） ​ 图3.典型的IC ESD失效症状-电介质击穿（出处：Infineon-Germany） 此时，我们再拿图1的ESD情形与图4做对比，两者的主要差别在于人体对IC接触放电时，IC是否有管脚处于接地状态。而此差别就导致了IC中的静电敏感结构（如电极绝缘层）经受的ESD风险差异（绝缘层的静电击穿）迥然不同，图4显著高于图1（见诸于LEAN ESD早前的文章中）。 ​ 图4.带高静电的人员裸手去触碰有管脚接地的静电敏感IC，会导致IC损坏么？ 如果作以粗略的比喻以方便理解，我们通过图5与图6的示意效果，可以大致得出人体对无管脚接地的IC接触放电（图5），放电路径短，ESD转移的静电荷量（意味着电能量）就低；而有管脚接地的IC（图6），在受到同样的人体接触放电情形下，放电路径要长很多，ESD转移的静电荷量（意味着电能量）也就高很多，所造成的ESD损坏风险也就高出很多。 ​ 图5.带静电的人体对孤立的IC管脚接触放电情形（源自LEAN ESD） ​ 图6.带静电的人体对有管脚接地的IC接触放电情形（源自LEAN ESD） 同样的情形，对于PCBA（Printed Circuit Board Assembly，印制电路板组件）也有类似的效果，有接地的PCBA，在遭受人体的静电放电，ESD失效风险显著升高。 ​ 图7.带静电的人体裸手触摸接地的PCBA的ESD情形（源自LEAN ESD） 纵观电子工业的ESD防护，我们还可以找到更多的相关或类似印证。比如，IC器件的ESD保护设计测试方法-HBM，就是对IC的管脚两个一组组合进行ESD测试，而其中必然有一个管脚是接地的（这样更能反映严重化的ESD条件）。 ​ 图8.元器件的HBM ESD测试设置（ESDA-JEDEC JS-001）（源自LEAN ESD） 又比如，追溯电子设备执行系统级（System-Level）ESD耐压测试的行业背景，就是人员在普通办公环境下触摸到或靠近工业电脑的主机某个部位后，引起主机重启，而此时的电脑主机处于通电的工作状态，内部的电子设备也就通过设备电源线实现了接地。换言之，如果此时的电脑主机拔掉电源线，可能就是另外一种现象了。 于是，我们对于电子工厂的ESD防护就产生了一个新的进阶认知，就是IC或PCBA一旦有接地的情形，此时的电子器件ESD失效风险（包括人体静电放电、机器设备静电放电）就更高，相应的ESD防护措施就需要加强。 而相比之下，电子器件未有接地的情形，人体触摸器件，虽然人体的高静电不是那么容易导致电子器件发生失效，但我们却绝然不可放松人体的静电管控。因为这时就涉及到另外一种电子器件ESD失效的模型-CDM（Charged Device Model，器件带电放电模型）。简单可以理解为，带静电的人体触摸到电子器件（如IC），就很可能使它带电较高的静电压，而接下来人员将器件放置于接地的导体表面上时，更为严重的ESD-CDM就发生了。 ​ 图9.带高静电的人体裸手拿IC去触碰接地导体的ESD情形（源自LEAN ESD） 电子工业的ESD防护让外人有时看，她是那么简单（无非低静电材料、接地、离子化静电消除等），但要切实在每个电子制造工厂去落地执行到位，最终预期实现ESD防护投入赢得有效的价值回报收益期望，确是一项综合、复杂而又有技术难度的工程，离不开大量的点滴切实积累，包括技术应用、生产实践、技术验证、工程分析、运用改进等等。终究要让技术落地生根，步步为营，扎实做起，不断努力前行，方可前景可期。 ---end--- ​

今天一整天只做了一件事，就是整改一个机器的静电BUG。老实说，之前根本就没关注过这一块的问题，都是应结构要求这里加一块导电棉，那里加一块，有用没有自己也不清楚。今天项目管理下了“命令”：不改好不让试产。PS：之前都是听之任之的，嘻嘻…… OK，那开始整改吧。最开始时，还是没跳出原先固有的加导电棉的模式，以为说弄质量好的导电棉，在PCB板上露铜的地方都加上，的确有一点点效果，但是不明显，还有好几个BUG，然后细细分析各种现象对应的原因，比如图像失真、图像上下颠倒，是因为静电影响了视频驱动芯片的某一部分，然后在相应的地方刮掉绿漆，露出铜，贴上导电泡棉到五金件上，效果很明显，这些问题就解决了…… 边解决边看我画的板，可以说地的处理很粗糙，因为地没有处理好才出现了这些问题。其实想想，在画板的初期就要考虑静电防护，在容易出现问题的地方做出大面积的完整的地，并多打地孔，想必效果就好很多，当然，最好的方法是保证有完整的地平面（我的是2层板，正面放元器件，背面尽可能保证完整的地）。 很珍惜这次出的问题，解决后也蛮有成就感，哈哈，更重要的是，对接下来的工作非常有启发。不是说，经验就是这么来的么？O(∩_∩)O