История защиты от электростатических разрядов

В наши дни вы не можете прочитать что-либо об электронике, не услышав об ужасных последствиях отказа от защиты от электростатического разряда в ваших проектах.

Кажется, так было не всегда. Если вы посмотрите на большинство старых конструкций (конец 90-х и ранее), вы почти никогда не увидите компоненты защиты от электростатического разряда на портах ввода-вывода, даже когда задействованы микросхемы CMOS. Почему это?

Можно предположить, что современные ИС более уязвимы, чем старые процессы. Хотя я не думаю, что в этом много правды. Глядя на таблицу данных для типичного затвора 74HC, они указывают максимальное HBM 2 кВ. Это то же самое, что и современный MCU или FPGA.

Я мог бы понять конструкции, использующие вентили 74LS без защиты, но я также вижу отсутствие защиты, когда в более старых конструкциях используются LSI 74HC или CMOS. И, посмотрев более свежие таблицы данных на детали 74LS, даже они указаны только до 2 кВ HBM.

Просто сейчас мы лучше осведомлены об ОУР? Или, может быть, вы все еще можете обойтись без защиты от электростатического разряда, как это было в 90-х годах? Существует ли минимальный уровень устойчивости к электростатическому разряду, требуемый законом для потребительских товаров, который не применялся в прошлом?

В этой статье есть некоторая историческая перспектива . Автор отмечает, что стандарты испытаний на электростатический разряд со временем становились все более строгими.
В книге данных RCA COS MOS, опубликованной в 1979 году, глава посвящена обработке и защите от электростатического разряда. Ссылка: archive.org/details/RcaCosmosIntegratedCircuitsManual
maximum HBM of 2kV.... вы идете по ковру, и у вас будет 30 кВ+, доступных для разрядки
Одна из причин, по которой это могло стать более важным, заключается в том, что производственное расстояние теперь намного меньше - ранние чипы были намного больше, а расстояние между дорожками или контактами было больше изоляции...

Ответы (3)

Я могу говорить только со своей точки зрения...

В 80-х годах было четкое осознание необходимости защиты от электростатического разряда и мер предосторожности при обращении. Мой тогдашний работодатель модернизировал свой завод в 1987 году, приняв меры предосторожности от электростатического разряда только на участках сборки электроники и на каждом участке сборки. Все пришли к выводу, что мы очень поздно сделали это. Понимание ОУР, которое я вижу, не более строгое и широкое, чем тогда.

Что значительно изменилось с тех пор, так это стоимость электронных компонентов и проектирования, производства и сборки печатных плат. Я видел, как они резко дешевеют.

Таким образом, затраты на добавление дополнительных деталей, таких как трансорбы, TVS или входные фильтры, намного дешевле. В то время, в коммерческой отрасли, в которой я работал, эти детали защиты были бы неприемлемым увеличением стоимости. Это не просто стоимость компонентов, это стоимость инвентаря, сборки и тестирования, которые связаны с наличием этих деталей.

Это полезно знать! Можно ли сказать, что незащищенное оборудование 80-х и 90-х годов (использовавшее КМОП) так же уязвимо, как и незащищенное оборудование сегодня? Что интересно, я никогда не видел и не слышал об отказе порта ввода-вывода на старом оборудовании. Это говорит о том, что либо старые микросхемы CMOS действительно были более надежными (несмотря на тот же рейтинг HBM), либо защита портов ввода-вывода от электростатического разряда не всегда необходима даже сегодня. Одна вещь, которую я вижу в старом американском оборудовании, — это ферритовые шайбы на входах/выходах. Это может снизить эффективность ESD. Но оборудование ЕС почти никогда не имело фильтров ввода-вывода.
@Foxie, не могу рассказать вам об общем случае, но по моему опыту очень немногие детали вышли из строя тогда и сейчас из-за электростатического разряда, и я довольно легкомысленно (небрежно) отношусь к статической защите. Но я разрабатываю платы, устойчивые к электростатическому разряду, для общего использования, насколько это возможно с доступным бюджетом. Я установил резисторы утечки через GND, а логические / полевые выходы, идущие к разъемам, чтобы электростатический разряд мог обойти часть, которая всегда хорошо работала для меня, или используя соответствующие защищенные интерфейсные ИС. Моей первой работой было проектирование офисного оборудования, поэтому защита пользователей от электростатического разряда и ЭМС были первостепенными, наряду с ценой и надежностью. Научил меня!

Пока некоторые переходы привязаны к входным контактам, а не только к МОП-затворам, старая КМОП кажется терпимой к скромным нагрузкам, таким как скольжение в защищенные от электростатического разряда майларовые оболочки.

Выходы CMOS по определению являются «переходами», потому что стоки FET привязаны к выходным контактам, чтобы агрессивно подтягивать или подтягивать. Эти стоки не оптимизированы для обработки энергии электростатического разряда.

Чтобы выжить после электростатического разряда, заряд необходимо поместить ГЛУБОКО в объемный кремний, где доступно много массы для поглощения энергии электростатического разряда. Быстрые CMOS PMOS и NMOS рассчитаны на скорость и построены на поверхности.

Таким образом, современные структуры ESD могут использовать специальные имплантаты, глубокие имплантаты, чтобы включать массу для поглощения энергии.

Таким образом, современные структуры ESD могут использовать специальные имплантаты, глубокие имплантаты, чтобы включать массу для поглощения энергии. Я еще не видел реального процесса CMOS с этим. В реальном мире структуры ESD просто велики , чтобы они могли выдерживать ток без слишком большого падения напряжения, чтобы цепи не подвергались слишком большому перенапряжению.
Не будут ли стоки по-прежнему уязвимы для повреждения электростатическим разрядом, подвергая оксид затвора воздействию высокого напряжения? Обычно встречающаяся упрощенная схема MOSFET не делает это очевидным, но я нашел еще одну более точную схему, которая показывает, что сток непосредственно контактирует с оксидом затвора. Единственный способ избежать повреждения оксида затвора — это если первым выйдет из строя внутренний диод. Можно ли на это положиться?
@ Foxie Не будучи специалистом по проектированию / компоновке ESD-структуры, я могу поделиться только тем, что я помню из предыдущей работы с IC.

Любое производственное предприятие, стоящее ни копейки, уделяет большое внимание электростатическому разряду, иначе он понесет убытки, пока плата еще находится в процессе производства.

  1. У 74cxx и 74HCxx есть диодная защита, но у CD4000 и устаревшей серии 74Fxx ее практически нет. Пройдитесь по ковру и коснитесь поводка, лежащего на столе, и считайте, что он исчез. Было легко проверить перегоревшую часть CMOS, так как я получал положительное значение напряжения на входном контакте.

  2. Наряду с микросхемами у нас были проблемы с новым поколением светодиодов, выдуваемым из складского помещения, не обрабатывая их антистатическими пакетами. Я предупредил их, что это часть инженерного дела, но потребовались взорванные детали и словесные нападки со стороны вице-президента компании, чтобы навести порядок.

Таким образом, по всем направлениям гораздо лучше осведомлены об электростатическом разряде, в основном о складских помещениях и сборке.

Вы больше не можете «уйти» без заземления браслетов на запястья и лодыжек и заземленного паяльника.

ISO уделяет внимание этому вопросу, но только с точки зрения того, как компания решает внутренние проблемы ESD. Имеются ли у них процедуры, и соблюдают ли они их в случае инцидента, связанного с электростатическим разрядом, и предпринимают ли корректирующие действия?

Нет никаких правительственных правил ESD, если вы не хотите следовать военным процедурам или процедурам НАСА, но, тем не менее, ISO заставит завод-изготовитель разработать и внедрить процедуры ESD.

Нет, вы не можете платить представителю ISO за то, чтобы он смотрел в другую сторону. Они зарабатывают много денег, и их часто сопровождает старший сотрудник или стажер.

Как только защита от электростатического разряда распространяется на производственное предприятие, сбой, вызванный электростатическим разрядом, обычно можно отследить до кого-то нового или плохо владеющего английским языком, поэтому это становится проблемой переобучения или проблемой документации. ISO просматривает ВСЕ ваши документы, чтобы найти корневой документ в основании дерева документов.

Это ссылка на документ 3M по ESD и мелкие детали: ССЫЛКА

История защиты от электростатических разрядов
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v