作者:Pete Bartolik
投稿人:DigiKey 北美编辑
2024-05-22
在制造或最终使用电子产品过程中,静电放电 (ESD) 或电涌可能会导致电子产品损坏或发生故障。据估计,在所有元器件故障中,ESD 导致的故障占比介于个位数到三分之一之间,而威廉希尔官方网站 密度的增加和更高的性能要求又加剧了这一问题。
从消费电子设备到昂贵的工业设备,都可能受到危险瞬态电压事件(如 ESD)的影响。由于越来越多的产品依赖于易受此类事件影响的微处理器,因此为了确保客户满意并取得商业成功,就必须选择合适的 ESD 解决方案。
当电子在材料表面重新分布时,会产生电荷不平衡现象。当产生的电场足够强时,静电荷就会寻求平衡并产生静电放电。这对可能会对基于微电子的电子产品造成灾难性影响,进而导致故障、产品延期、收入损失,有时甚至会损害声誉或品牌形象。
即使在洁净的集成威廉希尔官方网站 制造环境中,元器件也可能在加工、装配、测试和包装过程中受到 ESD 的影响。人体模型 (HBM) 是应用最广泛的测试标准,用于确保集成威廉希尔官方网站 能够承受带电人体(典型 ESD 产生者)接触集成威廉希尔官方网站 时产生的静电电荷的影响。
IEC 61000-4-2 是一项国际 ESD 测试标准,其采用人体模型,以更高的系统级硬件基准,确保设备能够在最终用户的实际使用中承受瞬态事件的影响(包括雷击保护)。
随着集成威廉希尔官方网站 几何尺寸的不断缩小,传统的 ESD 参数已不足以应对系统级风险。为了保护电源和高速数据威廉希尔官方网站 ,设计人员必须利用瞬态电压抑制 (TVS) 技术的进步,在 HBM 和设备内置 ESD 保护措施之外,提供额外的保护。
对于带 HDMI、Thunderbolt、USB 2、USB 3、USB-C、天线以及其他标准接口的设备而言,TVS 在保护常用数据线免受 ESD 影响方面日益重要。从可穿戴设备和键盘到智能手机和物联网摄像头,要使这些成品免遭 ESD 损坏,需要采取强有力的保护措施。
TVS 二极管可安装在电源线或数据线上,通过将浪涌从其保护的威廉希尔官方网站 中引开,防止瞬态事件的发生。在瞬态事件中,受保护线路上的电压会迅速升高,最高可达数万伏。在正常工作条件下,TVS 二极管呈断开状态,但它能在不到一纳秒的时间内抑制系统级 ESD 峰值,分流大电流。
选择 TVS 解决方案时应考虑的一些关键特征包括:
TVS 二极管的位置会影响其性能,靠近 ESD 进入点的位置可提供更好的保护。在保护现代系统中的精密电子元件免受 ESD 威胁方面,半导体封装也发挥着重要作用。
设计人员在为产品选择 TVS 二极管时,应重点考虑所需的特定浪涌保护级别、需要保护的线路数量,以及适合可用威廉希尔官方网站 板空间的封装尺寸。
引线式集成威廉希尔官方网站 封装是 TVS 二极管的常见选择,因为这种封装易于安装在印刷威廉希尔官方网站 板 (PCB) 上,因此成本效益较高。除此之外,这种封装还能提供出色的散热效果。不过,由于其尺寸较大,可能会占据大量的印刷威廉希尔官方网站 板空间,而且往往会产生寄生效应,对性能产生不利影响。
幸运的是,DFN(双通道扁平无引线)封装尺寸小、功能多,可能更适合 ESD 保护。DFN 封装没有延长引线,其触点位于元器件下方,而不是沿着元器件周边分布,因此与引线式表面贴装器件 (SMD) 封装相比,可节省空间。
DFN 封装在底部集成了一个可与印刷威廉希尔官方网站 板无缝结合的裸露式导热垫,起到集成散热器的作用,因此这种封装能够提供出色的散热性能。与引线式 SMD 封装相比,这种封装还具有更少的寄生元件,因此有助于在高速应用中保持信号完整性。
不过,DFN 封装在印刷威廉希尔官方网站 板上的焊点可见度有限,这使得在封装后的装配过程中难以确认焊接是否正确。
[Semtech](通过将 TVS 二极管安装于采用倒装片封装和侧面可湿性侧翼的 DFN 模块克服 DFN 挑战(图 1)。
图 1:Semtech DFN 封装的典型图片,采用侧面可湿性侧翼来安装 TVS 二极管。(图片来源:Semtech)
倒装片封装利用焊料凸块而不是焊线键合来实现与基板的连接。侧面可湿性侧翼可确保焊料从封装底部扩散,沿壁侧向上流动,形成可见的焊料连接。
借助这项技术,自动化视觉检测 (AVI) 系统就能通过目视检查侧翼垂直面与焊盘之间形成的焊料凸点,验证印刷威廉希尔官方网站 板是否正确接合,从而确保连接可靠。
采用侧面可湿性侧翼不仅可增强可靠性、提高产出率,而且还可抵御可能会造成分离的振动和晃动。铜端子上覆有镀锡层,防止铜随着时间的推移而氧化。
Semtech 采用倒装片封装和侧面可湿性侧翼技术,推出了一系列 0402 尺寸 (1.0 mm x 0.6 mm x 0.55 mm) 的 DFN 封装单路 TVS 二极管,这些二极管专为非汽车工业应用而打造。
0402 DFN TVS 元器件旨在为射频和调频天线、触摸屏控制器、12 VDC 线路、侧键和键盘、音频接口、物联网设备、便携式仪器仪表、通用输入输出 (GPIO) 线路和工业设备等提供 ESD 保护。
Semtech 设备可为以下产品提供 ESD 保护:
Semtech 的单通道、数据线和 VBUS ESD 保护解决方案,采用侧面可湿性侧翼封装,提供 [RClamp 和 μClamp ESD 保护器件]。这些解决方案提供威廉希尔官方网站 板级保护,具有较低的工作电压和箝位电压,较快的响应时间,并且不会造成器件性能下降。
RClamp (RailClamp) 产品包括:
超小型 μClamp (MicroClamp) 产品系列包括:
电子产品的威廉希尔官方网站 密度和性能要求越来越高,因此必须采用新方法来防止静电放电和其他电压浪涌。Semtech 的新型封装使得瞬态电压抑制二极管的体积更小,为产品设计人员提供了更大的灵活性、更高的浪涌电流能力和更低的箝位电压,是保护敏感电子元件的理想之选。
审核编辑 黄宇
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