정전기 방전 보호를 위한 적층 세라믹 커패시터의 유효성

ESD 진입점인 PCB I/O 커넥터 핀에 MLCC(다층 세라믹 커패시터)를 장착하면 ESD를 처리하는 간단한 기술을 얻을 수 있습니다. EMC 엔지니어는 PCB 트레이스 및 비아와 관련된 저인덕턴스 실장 전략을 요구하는 각 커넥터 핀에 근접하게 배치된 0603 MLCC를 사용할 것을 권장합니다. I/O 핀의 ESD 보호를 위해 표면 실장 기술(SMT) MLCC를 선택할 때 엔지니어는 ESD 커패시터 값, DC 전압 정격 및 기술 선택(X7R 또는 C0G)을 지정합니다. MLCC는 ESD 바이패스 또는 션트 장치로서 ESD 전류를 접지로 전환하는 데 사용됩니다. ESD 보호 장치는 ESD 완화를 수행해야 하며 제품 수명 전반에 걸쳐 ESD 견고성을 유지하면서 성능 저하를 나타내지 않아야 합니다. 그럼에도 불구하고 작은 크기의 0603 MLCC에 대한 ESD 이후 조사에서는 심각한 구조적 손상이 드러났으며, 이는 임피던스 특성의 급격한 변화로 전기적으로 나타납니다. 이는 사전 ESD 커패시터와는 크게 다르므로 과도한 저주파 누출과 기능적 오작동을 초래합니다.

정전기 방전(ESD)은 전자 회로 산업에서 가장 중요한 신뢰성 문제 중 하나입니다. 일반적으로 집적 회로(IC) 산업에서 모든 현장 오류(고객 반품)의 1/3~1/2이 ESD로 인해 발생합니다. 더 작은 회로 부품의 민감도가 높아짐에 따라 최신 기술에서 ESD 손상이 더욱 널리 퍼지게 되면서 모델링 및 분석을 통해 ESD 오류를 이해하려는 노력도 그에 상응하여 증가했습니다. 집적 회로 제조업체는 ESD 테스트 정보를 제공합니다. 그러나 IC 수준 표준(HBM(인체 모델), CDM(충전 장치 모델), MM(기계 모델) 및 시스템 래치업 테스트)에 대한 ESD 데이터는 종종 혼란스럽습니다.

중요한 회로 크기가 계속 작아짐에 따라 ESD 오류 메커니즘이 더욱 심각해지기 때문에 견고한 ESD 회로를 설계하는 것은 여전히 ​​어려운 일입니다. 회로 기판 설계자는 매우 혼잡한 PCB를 설계하고 ESD 요구 사항을 충족하는 능력으로 인해 더욱 제약을 받습니다. HBM은 ESD 이벤트 중 장치 동작에 대한 많은 통찰력을 제공합니다[1,2].

ESD 이벤트는 접촉이나 이온화된 주변 방전(스파크)을 통해 서로 다른 정전기 전위에 있는 두 몸체 사이의 에너지 전달입니다. 이 전송은 장치 타겟의 적합성을 테스트하기 위해 다양한 표준 회로 모델에서 모델링되었습니다. 모델은 일반적으로 주어진 전압으로 충전된 커패시터를 사용한 다음 일부 형태의 전류 제한 저항기(또는 주변 공기 조건)를 사용하여 에너지 펄스를 대상으로 전송합니다.

모듈 수준의 ESD 테스트를 충족하기 위해 인쇄 회로 기판에 대한 다양한 방법과 기술이 구현되고 연구되었습니다. 효과적인 기술 중 하나는 시스템 수준 ESD 테스트에서 전기적 과도 전압(에너지)을 분리, 우회 또는 흡수하기 위해 복잡한 CMOS 기반 IC 제품에 개별 잡음 분리 구성 요소 또는 필터를 추가하는 것입니다[3]. 커패시터 필터, 페라이트 비드, 과도 전압 억제기(TVS), 금속 산화물 배리스터(MOV), 2차 LC 필터 또는 3차 π-섹션을 비롯한 다양한 유형의 잡음 필터 네트워크를 사용하여 시스템 수준 ESD 스트레스 테스트를 개선할 수 있습니다. 필터.

MLCC(다층 세라믹 커패시터)는 전자 제어 모듈의 커넥터 핀에서 ESD 바이패스 메커니즘으로 사용됩니다. 자동차 제어 모듈에는 핀 밀도가 200을 초과하는 단일 고밀도 커넥터를 사용해야 할 수도 있습니다. 일반적인 애플리케이션에서 커넥터는 설계자에게 4 x 50(각 행에 50핀씩 4개 행)의 매트릭스를 제공할 수 있습니다. ) 빡빡하게 혼잡한 PCB 부지에서. 매우 혼잡한 PCB 공간의 커넥터에서 각각의 모든 I/O 핀에 대한 ESD 보호를 수용하기 위해 설계 엔지니어는 0603 스타일 MLC 커패시터의 사용을 권장합니다. 대부분의 애플리케이션에서 ESD 보호에 사용되는 MLC 커패시터의 정격은 100V 스트레스 수준입니다. 그러나 MLCC의 ESD 이후 특성은 종종 무시되거나 오해됩니다. 실제로 MLCC는 ESD 스트레스에 노출되어 특성 임피던스 동작에 극적인 변화가 나타납니다. MLCC를 주의 깊게 조사하면 과도한 저주파 누출을 초래하는 영구적인 구조적 손상이 드러납니다. MLCC의 ESD 이후 동작은 제어 모듈의 기능적 편차를 초래하며, 제품을 의도된 용도로 사용하는 것은 근본적으로 안전하지 않습니다. 이 백서에 보고된 것처럼 로우 프로파일 0603 커패시터를 ESD 보호에 사용하지 않는 것이 좋습니다. 로우 프로파일 과도 전압 억제기(TVS) 또는 고속 금속 산화물 배리스터(MOV)를 사용하여 대체 솔루션을 충족할 수 있습니다. 그러나 높은 정전 용량(> 47nF)을 갖춘 0805 스타일 MLCC는 우수한 솔루션을 제공하며 ESD 바이패스 요소로 사용해도 안전합니다.