導語

芯片是電子產品的核心，為了滿足不同應用領域的需求，芯片被分為不同的等級。其中，工業級芯片適用于工業自動化、控制系統和儀器儀表等領域，對芯片的可靠性和穩定性要求較高。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境下正常運行，如高溫、低溫、濕度和振動等。

本篇將從靜電可靠性入手，解答ArtInChip芯片在靜電相關驗證項目的成果，打造“工業級”芯片ESD天花板。

Part 01.

靜電可靠性

電子產品無法忽視的指標

對于芯片來說，其可靠性可初略分為靜電可靠性、生產制造可靠性、壽命可靠性。

靜電可靠性的相關驗證項目，主要包含HBM (Human Body Model，人體對產品靜電放電模型)、CDM（Charge Device Model，產品帶靜電對外放電模型）、LU(Latch-Up，閂鎖)。

HBM、CDM是面向半導體器件的靜電放電測試模型，用于指導半導體的制造、封測、PCBA加工、裝配測試等生產過程中的ESD管控，其管控標準應遠低于所有被加工的元器件中最低ESD耐壓等級。而在進行產品設計選型時，應盡量選用ESD耐壓等級高的元器件，以提高產品的可靠性。

Part 02.

靜電抗擾度

等級劃分及行業標準要求

如表1所示為JEDEC和AEC-Q100標準針對半導體器件HBM的靜電抗擾度等級劃分，表2所示為針對CDM的靜電抗擾度等級劃分。而AEC-Q100通常要求HBM通過級別為±2000V；CDM通過級別為±500V，角引腳±750V。

表1：HBM靜電抗擾度等級劃分

表2：CDM靜電抗擾度等級劃分

Part 03.

精密防護

匠芯創打造“工業級”ESD天花板

ESD可能會發生在I/O與電源、地之間，可能會發生在不同的I/O之間，也可能出現在電源和地之間，因此對于ESD保護電路的設計需要考慮所有可能發生ESD的情形。有一種常見的芯片ESD設計方案，沒有直接的電壓鉗位保護結構，而是利用全芯片整個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防護水平，匠芯創在芯片ESD設計上從整個芯片防護及可能發生的ESD情形考慮。每個I/O電路中設計相應的ESD保護電路包含二極管、MOS管、靜電泄放器的組合，在發生ESD時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量，有效增強抗ESD能力；此外嚴格把控版圖設計，避免出現ESD薄弱環節。

匠芯創D21x、D13x、D12x系列產品在靜電可靠性項目測試結果表現十分搶眼，遠超行業標準要求。其中，在HBM項目上至少通過±4kV Class-3A級別，超出AEC-Q100要求的±2kV Class-2級別；在CDM項目上至少通過±750V C2b級別，超出AEC-Q100要求的±500V C2a級別。

表3：匠芯創產品在靜電可靠性項目測試結果

Part 04.

嚴控成本

匠芯創板級ESD兼具性價比優勢

在板級ESD方面，通常嚴格、完善的ESD設計意味著成本的增加。

基于匠芯創系列產品設計的兩層板EVB方案，能達到接觸放電±6kV工業三級以上級別，不需要過多的防護器件及增加板卡層數，在滿足工規行業靜電可靠性的同時，還能大大降低成本和設計復雜度，極具性價比。