導(dǎo)語(yǔ)

芯片是電子產(chǎn)品的核心，為了滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，芯片被分為不同的等級(jí)。其中，工業(yè)級(jí)芯片適用于工業(yè)自動(dòng)化、控制系統(tǒng)和儀器儀表等領(lǐng)域，對(duì)芯片的可靠性和穩(wěn)定性要求較高。這些芯片通常具有更寬的工作溫度范圍（-40°C至85°C），能夠在更惡劣的工作環(huán)境下正常運(yùn)行，如高溫、低溫、濕度和振動(dòng)等。

本篇將從靜電可靠性入手，解答ArtInChip芯片在靜電相關(guān)驗(yàn)證項(xiàng)目的成果，打造“工業(yè)級(jí)”芯片ESD天花板。

Part 01.

靜電可靠性

電子產(chǎn)品無(wú)法忽視的指標(biāo)

對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)，其可靠性可初略分為靜電可靠性、生產(chǎn)制造可靠性、壽命可靠性。

靜電可靠性的相關(guān)驗(yàn)證項(xiàng)目，主要包含HBM (Human Body Model，人體對(duì)產(chǎn)品靜電放電模型)、CDM（Charge Device Model，產(chǎn)品帶靜電對(duì)外放電模型）、LU(Latch-Up，閂鎖)。

HBM、CDM是面向半導(dǎo)體器件的靜電放電測(cè)試模型，用于指導(dǎo)半導(dǎo)體的制造、封測(cè)、PCBA加工、裝配測(cè)試等生產(chǎn)過(guò)程中的ESD管控，其管控標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遠(yuǎn)低于所有被加工的元器件中最低ESD耐壓等級(jí)。而在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)盡量選用ESD耐壓等級(jí)高的元器件，以提高產(chǎn)品的可靠性。

Part 02.

靜電抗擾度

等級(jí)劃分及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求

如表1所示為JEDEC和AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)半導(dǎo)體器件HBM的靜電抗擾度等級(jí)劃分，表2所示為針對(duì)CDM的靜電抗擾度等級(jí)劃分。而AEC-Q100通常要求HBM通過(guò)級(jí)別為±2000V；CDM通過(guò)級(jí)別為±500V，角引腳±750V。

表1：HBM靜電抗擾度等級(jí)劃分

表2：CDM靜電抗擾度等級(jí)劃分

Part 03.

精密防護(hù)

匠芯創(chuàng)打造“工業(yè)級(jí)”ESD天花板

ESD可能會(huì)發(fā)生在I/O與電源、地之間，可能會(huì)發(fā)生在不同的I/O之間，也可能出現(xiàn)在電源和地之間，因此對(duì)于ESD保護(hù)電路的設(shè)計(jì)需要考慮所有可能發(fā)生ESD的情形。有一種常見(jiàn)的芯片ESD設(shè)計(jì)方案，沒(méi)有直接的電壓鉗位保護(hù)結(jié)構(gòu)，而是利用全芯片整個(gè)電路的阱與襯底的接觸空間作為ESD電流泄放通道，這種方案成本較小但靜電性能有限。

為了顯著提高芯片的ESD防護(hù)水平，匠芯創(chuàng)在芯片ESD設(shè)計(jì)上從整個(gè)芯片防護(hù)及可能發(fā)生的ESD情形考慮。每個(gè)I/O電路中設(shè)計(jì)相應(yīng)的ESD保護(hù)電路包含二極管、MOS管、靜電泄放器的組合，在發(fā)生ESD時(shí)能提供電源到地直接低阻抗電流泄放通道；并在合適的位置增加芯片電源和地引腳數(shù)量，有效增強(qiáng)抗ESD能力；此外嚴(yán)格把控版圖設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)ESD薄弱環(huán)節(jié)。

匠芯創(chuàng)D21x、D13x、D12x系列產(chǎn)品在靜電可靠性項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果表現(xiàn)十分搶眼，遠(yuǎn)超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，在HBM項(xiàng)目上至少通過(guò)±4kV Class-3A級(jí)別，超出AEC-Q100要求的±2kV Class-2級(jí)別；在CDM項(xiàng)目上至少通過(guò)±750V C2b級(jí)別，超出AEC-Q100要求的±500V C2a級(jí)別。

表3：匠芯創(chuàng)產(chǎn)品在靜電可靠性項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果

Part 04.

嚴(yán)控成本

匠芯創(chuàng)板級(jí)ESD兼具性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)

在板級(jí)ESD方面，通常嚴(yán)格、完善的ESD設(shè)計(jì)意味著成本的增加。

基于匠芯創(chuàng)系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)的兩層板EVB方案，能達(dá)到接觸放電±6kV工業(yè)三級(jí)以上級(jí)別，不需要過(guò)多的防護(hù)器件及增加板卡層數(shù)，在滿足工規(guī)行業(yè)靜電可靠性的同時(shí)，還能大大降低成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度，極具性?xún)r(jià)比。