近些年來,信息技術(shù)高速發(fā)展,各種新型電子設(shè)備層出不窮,信號傳輸也由于數(shù)據(jù)量的劇增而對傳輸速率要求越來越高,這也意味著在半導(dǎo)體工藝越來越先進、芯片越來越小、器件越來越脆弱的時候,靜電防護顯得尤其重要;其不僅僅需要有強悍的防護特性,同時也需要寄生參數(shù)盡可能的小,這樣才可以避免影響到整個高速接口電路信號傳輸。本文針對兩種不同的高速接口芯片:多媒體芯片和USB Type-C接口芯片的實際失效案例,進行失效分析、反向設(shè)計,找到芯片主要薄弱點并進行ESD防護設(shè)計,設(shè)計了幾種新型的防護器件,在保證器件電流泄放能力的同時減小了器件面積。另外,還分析了一些EOS失效案例并總結(jié)了主要的EOS防護手段,提出了協(xié)同仿真防護方案。主要的研究內(nèi)容與成果如下:1、針對一款多媒體接口芯片——VBO接口芯片在實際使用過程中遇到的ESD失效問題,進行了詳細的失效分析和失效機理研究,并針對其防護器件魯棒性差、器件面積大、防護窗口不合適等特點,設(shè)計出了一款符合實際電路需求的防護器件,并在28 nm CMOS工藝下進行流片,經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)器件魯棒性提升到了 53.7 mA/μm,同時大幅減小了器件面積。器件滿足了 ESD窗口實際需要,觸發(fā)電壓為1.86 V,相當(dāng)于三個二極管串聯(lián),維持電壓1.67 V,有效的避免栓鎖。2、針對兩款手機上使用的USB 3.1 Type-C接口芯片,進行全面的ESD性能測試,包括:TLP測試、失效分析、解剖與反向工程等,并對兩款芯片的ESD防護方案進行了全方位的總結(jié)與對比。3、分析了幾個EOS失效案例,并總結(jié)了幾種常見的EOS防護方案;針對業(yè)界常用的TVS二極管,也設(shè)計了一款新的TVS防護器件,并在0.18 μm CMOS工藝下進行流片,通過測試驗證了性能。同時提出了一種片上防護與片外防護的協(xié)同仿真方法,使用實際案例來驗證其有效性。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN402
【部分圖文】：

ＥＳＤ設(shè)計窗口變窄了邋［３］。逡逑靜電的主要產(chǎn)生原因包括：（１）摩擦和分離（２）感應(yīng)產(chǎn)生電荷（３）電容的逡逑充放電［４］。圖１－１描述的是兩種材質(zhì)的物體彼此接觸后分離，將會產(chǎn)生大量極性逡逑相反的電荷，如果此時這些靜電電荷接觸到芯片，將有可能通過芯片管腳流入地逡逑并產(chǎn)生擁有快速上升沿的過沖，如果芯片抗靜電能力弱的話，將極有可能出現(xiàn)損逡逑壞［５］。影響靜電產(chǎn)生的因素包括溫度與濕度，靜電電荷更容易在高溫，干燥的環(huán)逡逑境中積累，表１－１總結(jié)了幾種靜電產(chǎn)生的途徑［６］。值得注意的是，雖然在高濕度逡逑的環(huán)境下，產(chǎn)生的靜電電壓會出現(xiàn)很大衰減，然而還是會對電路產(chǎn)生損害。逡逑圖１－１兩種靜電產(chǎn)生途徑逡逑１逡逑

第一章緒論逡逑靜電防護裝置都會增加容性負載，并且在大多數(shù)情況下這些防護器件或芯片要想逡逑徸到足夠強的抗靜電能力就必須在尺寸和寄生參數(shù)上做出犧牲［１２］。圖１－２展示逡逑了業(yè)界一些使用了高速接口的電子設(shè)備。逡逑Ｉ：．］前應(yīng)川Ｔｙｐｆ－Ｃ接Ｉ邋Ｉ的設(shè)備邐丨－４前收界宣稱使用ＵＳＢ３．１邋Ｃ手機逡逑ＺＵＫ邋Ｚｌ邐？５０逡逑？邋ｕ，，邐ｉＨｉｉｉｌｎ邐Ｎｕｂｉａ邋Ｚ９邋Ｍａｘ逡逑８Ｐｒｏ｜邋叄皺迮校戾巍頡＃靛義希蓿蓿齲校校幔觶椋椋椋錚蹂危蓿齲儒危牽椋紓幔螅澹戾澹停佩危懾義希插衛(wèi)皺澹卞澹校潁錚鄭停幔蜽滃料逡逑物６邐}0ＣＨ逡逑Ｌｕｉｕｉａ邐＾ｐｕｐｉ’ｉ＇ｐｐｆＰ巧：？邐＿逡逑９５０／９５０ＸＬ邐ｗ逡逑ｓ：存儲器筆記本１２，ｊ邐ｉｗ邋＿灥』逡逑ＭａｃＢｏ°ｋ邐＾ｓＴ逡逑小米４ｃ逡逑圖１－２幾種使用高速接口的電子設(shè)備逡逑如何在不增加防護器件面積，盡量減少防護器件寄生參數(shù)，避免對高速接口逡逑信號傳輸產(chǎn)生負面影響的同時，又保證器件防護能力是一大研究難點，也具有很逡逑強的現(xiàn)實意義。逡逑１．２幾種ＥＳＤ／ＥＯＳ模型與測試方法逡逑為了理解物理現(xiàn)象，尤其是ＥＳＤ現(xiàn)象，量化ＥＳＤ事件的特征時間和空間范逡逑圍非常重要［１３］。ＥＳＤ現(xiàn)象的空間范圍包括從微觀到宏觀，包含納米級器件內(nèi)部逡逑機理、電氣與熱學(xué)傳輸、微米級的電路電子、毫米級的芯片設(shè)計到米級的系統(tǒng)設(shè)逡逑計［１４］。而時間范圍包括皮秒（ｐｓ）到微秒（ｕｓ）、電流范圍從納安（ｎＡ）到幾十逡逑安培（Ａ）、電壓范圍從伏特（Ｖ）到幾千伏特（ｋＶ）、溫度從室溫到幾千開爾文逡逑的５１０２融化溫度。這些參數(shù)的范圍都非常廣

￣ｉ邐ｒｎ邐逡逑Ｔ邋ＣＤＭ邐ＭＭ邋Ｔ邋ＨＢＭ邐Ｔ逡逑ＥＯＳ逡逑圖丨－３靜電放電（ＥＳＤ）時間常數(shù)圖逡逑１．２＿１人體模型（ＨＢＭ）逡逑ＨＢＭ模型是基本的ＥＳＤ模型之一，它被用來描述帶有電荷的人體和電學(xué)元逡逑件或芯片進行電荷轉(zhuǎn)移時的相互作用。ＨＢＭ模型假設(shè)已充電人體通過皮膚接觸逡逑電學(xué)元件或芯片，在兩者接觸的瞬間就會有靜電電荷流過。圖１－４即ＨＢＭ模型逡逑的原理。ＨＢＭ模型的特征時間與等效人體的電子元件有關(guān)。在ＨＢＭ標(biāo)準(zhǔn)中，逡逑用一個１００邋ｐＦ的電容和一個１．５邋ｋＤ的電阻串聯(lián)來等效已充電的人體［１８］。具體逡逑等效電路圖如圖１－５所示。逡逑Ｒ邐Ｒｈｂｍ逡逑

【參考文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王煒槐;納米集成電路ESD防護研究[D];浙江大學(xué);2016年

本文編號：2824880