適用于小尺寸面板的 ESD 和 EOS 解決方案

小尺寸面板主要包括手機(jī)觸摸屏、平板觸摸屏、數(shù)碼相機(jī)觸摸屏。這些面板和主板之間最常見(jiàn)的數(shù)據(jù)連接接口是MIPI(移動(dòng)工業(yè)處理器接口)。通過(guò)加入 TVS 保護(hù)方案，提高 ESD 和 EOS 耐受水平，可以大大降低電子產(chǎn)品在日常生活中受到干擾甚至破壞的機(jī)會(huì)，從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，降低返修率，允許消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的信任度更高，品牌美譽(yù)度也隨之提高。

關(guān)鍵詞：ESD、MIPI、EOS、面板

隨著小型化智能產(chǎn)品的普及，各類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品日新月異，出現(xiàn)了越來(lái)越多集成化、復(fù)雜化的產(chǎn)品。面板顯示技術(shù)也發(fā)生了前所未有的變化。隨著顯示面板分辨率的提高，數(shù)據(jù)傳輸變得更加復(fù)雜和快速。但是，它也導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸更容易受到外部干擾，最常見(jiàn)的干擾因素是ESD和EOS。如何有效保護(hù)面板，避免ESD/EOS攻擊對(duì)功能運(yùn)行的影響甚至損壞，是我們亟待解決的問(wèn)題。

1. 什么是 ESD/EOS?

ESD是一種靜電放電。是由于摩擦、電感等引起的電位差，兩個(gè)物體靠得很近或直接接觸時(shí)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。ESD事件在現(xiàn)實(shí)生活中經(jīng)常發(fā)生，尤其是在濕度較低的環(huán)境中. 比如冬天搓手后觸摸門(mén)把手，會(huì)感覺(jué)到觸電，冬天睡前脫毛衣時(shí)產(chǎn)生的電弧，下雨天外面有閃電。這些實(shí)際上是發(fā)生在我們身上的 ESD 事件。

干燥的環(huán)境可能會(huì)使我們的身體承受高達(dá)數(shù)十萬(wàn)伏的靜電。如果在沒(méi)有保護(hù)的情況下觸摸手機(jī)等電子設(shè)備的屏幕，ESD會(huì)通過(guò)面板的FPC進(jìn)入電子設(shè)備的內(nèi)部電路，瞬間釋放出高達(dá)數(shù)十安培的電流。如今，半導(dǎo)體制程技術(shù)越來(lái)越精密，最先進(jìn)的制程技術(shù)已達(dá)到7nm。然而，如此昂貴的高端IC芯片本身的ESD耐受性已經(jīng)不如從前，這使得使用這種芯片的先進(jìn)電子設(shè)備面臨著巨大的挑戰(zhàn)。對(duì)于較小的情況，ESD 事件會(huì)干擾電子設(shè)備的正常運(yùn)行。在嚴(yán)重的情況下，ESD可能會(huì)直接擊穿電子設(shè)備內(nèi)部的IC芯片，

EOS 是一種電氣過(guò)應(yīng)力。當(dāng)外部電流或電壓超過(guò)設(shè)備或電子產(chǎn)品的最大規(guī)格時(shí)，產(chǎn)品性能可能會(huì)減弱甚至損壞。EOS是在多種情況下產(chǎn)生的，包括電源不穩(wěn)定引起的浪涌、熱插拔引起的瞬態(tài)浪涌電流、雷擊產(chǎn)生的瞬態(tài)感應(yīng)電流、測(cè)試過(guò)程中的錯(cuò)誤接線操作……。

2.電源ESD/EOS解決方案

對(duì)于電子設(shè)備的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，所使用的靜電測(cè)試環(huán)境必須符合 IEC 61000-4-2 標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)文件中規(guī)定了接觸放電和空氣放電兩種測(cè)試方法。針對(duì)不同的環(huán)境和電子產(chǎn)品，品牌廠商可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和需求設(shè)置相應(yīng)的測(cè)試等級(jí)。對(duì)于小尺寸面板產(chǎn)品，一般建議進(jìn)行接觸放電±8kV和空氣放電±15kV測(cè)試。建立合理的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)可以提高產(chǎn)品的可靠性，降低產(chǎn)品的退貨率。

除了ESD測(cè)試，很多小尺寸面板產(chǎn)品也通過(guò)8/20μs浪涌波形來(lái)完成EOS測(cè)試。測(cè)試根據(jù) IEC 61000-4-5 標(biāo)準(zhǔn)文件進(jìn)行。測(cè)試電壓等級(jí)和待測(cè)位置也由品牌廠家根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行。目前，國(guó)內(nèi)外眾多知名手機(jī)品牌都制定了相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，主要針對(duì)VSP、VSN、VCI(1.8V)Power……由于FPC元件區(qū)空間限制，單顆DFN1006可以使用(0402)封裝甚至更小尺寸的CSP0603 (0201)封裝TVS產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行保護(hù)。下表是 AMAZING Microelectronic Corp. 推薦的電源線 ESD 和 EOS 保護(hù)解決方案。

三、什么是MIPI

MIPI[1]是移動(dòng)行業(yè)處理器接口的簡(jiǎn)稱(chēng)，是MIPI聯(lián)盟為移動(dòng)應(yīng)用處理器制定的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。與傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸方式相比，采用MIPI的模塊具有速度快、傳輸數(shù)據(jù)量大、功耗低、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，深受移動(dòng)行業(yè)市場(chǎng)的青睞。

在用于小型面板的MIPI傳輸線中，低速和高速信號(hào)傳輸?shù)牟罘志€都包含在信號(hào)傳輸中。MIPI 指定了一個(gè)差分時(shí)鐘通道，其中一個(gè)數(shù)據(jù)通道可以擴(kuò)展為四個(gè)差分對(duì)。數(shù)據(jù)速率可根據(jù)處理器要求和外部設(shè)置進(jìn)行調(diào)整。此外，MIPI D-PHY 規(guī)范僅給出了數(shù)據(jù)速率范圍，并沒(méi)有指定具體的操作速率。在應(yīng)用中，可用的數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)速率由接口兩端的設(shè)備決定。當(dāng)前可用的 MIPI D-PHY IP 內(nèi)核可提供高達(dá) 1 Gbps 的每個(gè)數(shù)據(jù)通道，這一特性使 MIPI 完全適用于當(dāng)今的高性能應(yīng)用。此外，

4. MIPI最佳ESD保護(hù)方案

為了保證數(shù)據(jù)線信號(hào)傳輸?shù)耐暾?、電源電壓的穩(wěn)定性以及相關(guān)IC芯片不受ESD影響，需要在MIPI對(duì)應(yīng)的線路上增加ESD保護(hù)器件。對(duì)于其復(fù)雜的線路要求，加入半導(dǎo)體TVS(Transient Voltage Suppressor)產(chǎn)品是目前最好的保護(hù)方案。當(dāng)TVS管在兩端受到瞬時(shí)高能沖擊時(shí)，它可以以極快的響應(yīng)速度(<1ns)突然降低其阻抗，將大電流引導(dǎo)至地，并在兩端之間產(chǎn)生鉗位電壓一個(gè)預(yù)定值，以確保后續(xù)電路元件免受瞬態(tài)高能沖擊的影響。

半導(dǎo)體TVS具有響應(yīng)時(shí)間快、瞬態(tài)功率大、電容低、漏電流小、擊穿電壓小、鉗位電壓低、體積小、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。在TVS選型中，由于MIPI接口數(shù)據(jù)線的信號(hào)傳輸速率較快，建議使用小容量(≤0.5pF)的保護(hù)方案。此外，由于小尺寸面板的FPC元件面積空間有限，在ESD鉗位電壓較低的前提下，還需要盡可能選擇小封裝TVS器件。AMAZING Microelectronic Corp. 推薦使用下表中的以下部件用于小尺寸面板 MIPI 數(shù)據(jù)線的 ESD 保護(hù)解決方案：

在上表的方案推薦中，最引人注目的產(chǎn)品是AZ1743-04F，它采用了DFN1308P5Z，封裝尺寸僅為1.3mmx0.8mmx0.4mm，單個(gè)極小封裝的TVS陣列集成了4個(gè)I/O保護(hù)線，在PCB空間上比兩個(gè)或四個(gè)單通道0402封裝TVS產(chǎn)品小很多，更有利于FPC板在小尺寸面板狹小空間的設(shè)計(jì)。同時(shí)時(shí)間上，AZ1743-04F的電容值更低，鉗位電壓更低，產(chǎn)品性能優(yōu)于其他多單元產(chǎn)品，是MPI數(shù)據(jù)線的最佳ESD保護(hù)方案。

綜上所述，為了提升電子產(chǎn)品的使用體驗(yàn)，延長(zhǎng)電子產(chǎn)品的使用壽命，各種測(cè)試需求將不斷增加，ESD/EOS的測(cè)試需求也將不斷增加。此外，目前各類(lèi)IC芯片的制造工藝技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，導(dǎo)致芯片的公差越來(lái)越低。為了通過(guò)更嚴(yán)格的ESD/EOS測(cè)試，敏感芯片接口處或附近的電路需要考慮更高效的保護(hù)方案。隨著電子產(chǎn)品功能的日新月異，TVS產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)也在不斷更新和先進(jìn)，為電子產(chǎn)品提供更強(qiáng)大的保護(hù)。