匠芯创芯片设计端严格把控静电可靠性指标,打造“工业级”芯片ESD天花板
芯片是电子产品的核心,为了满足不同应用领域的需求,芯片被分为不同的等级。其中,工业级芯片适用于工业自动化、控制系统和仪器仪表等领域,对芯片的可靠性和稳定性要求较高。这些芯片通常具有更宽的工作温度范围(-40℃至85℃),能够在更恶劣的工作环境下正常运行,如高温、低温、湿度和振动等。
本篇将从静电可靠性入手,解答ArtInChip芯片在静电相关验证项目的成果,打造“工业级”芯片ESD天花板。
1、静电可靠性
电子产品无法忽视的指标
对于芯片来说,其可靠性可初略分为静电可靠性、生产制造可靠性、寿命可靠性。
静电可靠性的相关验证项目,主要包含HBM (Human Body Model,人体对产品静电放电模型)、CDM(Charge Device Model,产品带静电对外放电模型)、LU(Latch-Up,闩锁)。
HBM、CDM是面向半导体器件的静电放电测试模型,用于指导半导体的制造、封测、PCBA加工、装配测试等生产过程中的ESD管控,其管控标准应远低于所有被加工的元器件中最低ESD耐压等级。而在进行产品设计选型时,应尽量选用ESD耐压等级高的元器件,以提高产品的可靠性。
2、静电抗扰度
等级划分及行业标准要求
如表1所示为JEDEC和AEC-Q100标准针对半导体器件HBM的静电抗扰度等级划分,表2所示为针对CDM的静电抗扰度等级划分。而AEC-Q100通常要求HBM通过级别为±2000V;CDM通过级别为±500V,角引脚±750V。
表1:HBM静电抗扰度等级划分
表2:CDM静电抗扰度等级划分
3、精密防护
匠芯创打造“工业级”ESD天花板
ESD可能会发生在I/O与电源、地之间,可能会发生在不同的I/O之间,也可能出现在电源和地之间,因此对于ESD保护电路的设计需要考虑所有可能发生ESD的情形。有一种常见的芯片ESD设计方案,没有直接的电压钳位保护结构,而是利用全芯片整个电路的阱与衬底的接触空间作为ESD电流泄放通道,这种方案成本较小但静电性能有限。
为了显著提高芯片的ESD防护水平,匠芯创在芯片ESD设计上从整个芯片防护及可能发生的ESD情形考虑。每个I/O电路中设计相应的ESD保护电路包含二极管、MOS管、静电泄放器的组合,在发生ESD时能提供电源到地直接低阻抗电流泄放通道;并在合适的位置增加芯片电源和地引脚数量,有效增强抗ESD能力;此外严格把控版图设计,避免出现ESD薄弱环节。
匠芯创D21x、D13x、D12x系列产品在静电可靠性项目测试结果表现十分抢眼,远超行业标准要求。其中,在HBM项目上至少通过±4kV Class-3A级别,超出AEC-Q100要求的±2kV Class-2级别;在CDM项目上至少通过±750V C2b级别,超出AEC-Q100要求的±500V C2a级别。
表3:匠芯创产品在静电可靠性项目测试结果
4、严控成本
匠芯创板级ESD兼具性价比优势
在板级ESD方面,通常严格、完善的ESD设计意味着成本的增加。
基于匠芯创系列产品设计的两层板EVB方案,能达到接触放电±6kV工业三级以上级别,不需要过多的防护器件及增加板卡层数,在满足工规行业静电可靠性的同时,还能大大降低成本和设计复杂度,极具性价比。
关于匠芯创科技
广东匠芯创科技有限公司,立足于RISC-V SoC芯片设计、工业控制、多媒体人机交互、人工智能等核心技术,致力于成为世界一流的泛工业应用芯片解决方案供应商。
公司创始团队历经多次创业成功,具有丰富的公司管理、团队管理以及企业成功上市经验。公司核心成员在多媒体、人工智能、通信、存储、SoC芯片设计等方面具有丰富经验,曾经设计的多种芯片产品获得全球市场份额第一。
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