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智能手机天线调谐器ESD规范的哪些方面真正重要?
录入时间:2022/9/26 19:10:33

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智能手机天线调谐器ESD规范的哪些方面真正重要?

Abhinay Kuchikulla,Qorvo产品线高级经理;Nick Fields,Qorvo高级应用工程师;Nate Peachey,Qorvo高级工程师经理

如同其他电子元件,智能手机中的天线调谐器也必须能够承受各个阶段的静电释放(ESD),包括器件制造、智能手机组装和消费使用。然而,人们对各个阶段所需的ESD防护等级存在诸多疑问。不断发展的标准和现代化制造系统降低了调谐器的ESD要求,但人们仍然根据传统的假设来选择元件。调谐器需要满足极高的ESD防护等级则为过时的错误观念,本文旨在围绕以下模型,对其进行纠正,其中包括:人体模型(HBM)>2kV,带电设备模型(CDM)>1kV。实际上,根据ANSI/ESDS20.20标准中的相关定义,对于当今的自动化制造技术,调节器需要相对适度的HBM和CDM。此外,对于安装在PCB上的电感、变容二极管、其他ESD保护元件以及系统电路中的其他元件,可提供符合IEC61000-4-2要求的系统级ESD保护,以满足消费使用的需求。

器件制造和PCB组装器件的ESD控制

制造智能手机的过程中,必须保护其元件免受潜在的ESD危害,因此器件制造商会在生产设施中制定ESD控制计划,以实现产量的最大化,满足客户需求。这些ESD控制计划以ANSI/ESDS20.20或对应的IEC61340-5-1标准为依据。这些标准旨在帮助工厂构建安全的ESD环境,以便于处理这些对ESD敏感的器件。为实现标准中的目的,工厂应该能够处理HBM和CDM耐受电压分别至少为100伏和200伏的零部件。

HBM和CDM完全不同,知晓这一事实具有重要的意义,因为它们是针对制造过程中不同的ESD威胁而设计的。

HBM测试会对人工装配期间可能出现的ESD相关故障进行模拟,尤其是涉及器件上2个引脚的放电问题。HBM中的“H”代表人类,但如今,我们采用的是自动化制造技术,人类在器件生产或使用器件填充PCB的过程中并不会接触到零部件。只有将PCB装入智能手机的过程中才需要人类参与。

CDM测试会对自动化生产期间可能出现的故障进行模拟,比如:由于单个器件引脚接触到生产设备时而导致的放电问题。因此,CDM电压比HBM更加重要,它是衡量生产过程中器件ESD稳固性的一个指标。

我们丰富的行业经验表明,500伏的CDM耐受电压适用于现代制造领域。此外,还存在一种普遍做法,以将CDM耐受电压提高至500伏,获得更多余量。尽管进一步增加余量非常具有吸引力,但HBM耐受电压为250伏、500伏的零部件性能通常优于HBM耐受电压为1000伏、CDM耐受电压为250伏的零部件。根据我们的行业经验,在一般情况下,将ESD器件的要求提升至合理水平以上实际并不能提高产品的稳健性。我们需要记住的关键点是,器件级ESD要求(HBM和CDM)仅适用于在应用板上进行组装之前的流程,且这些ESD限制与电子产品的最终的稳健性无关。

 

Automated Machines

自动化机器

Parts populated on PCB, using automated machines including pick and place machine

使用自动化机器(包括贴片机)组装在PCB上的零部件

SOI & MEMS Tuners

SOI和MEMS调谐器

ESD Protection Inductors

ESD保护电感

ANSI/ESD

ANSI/ESD

S20.20 – 2021

S20.20–2021

HBM ≥ 100 V

HBM≥100伏

CDM ≥ 200 V

CDM≥200伏

CDM is important for maintaining higher yields

CDM对于保持较高的产量具有重要意义

Controlled Environment

受控环境

Phone assembled with PCBs

配备PCB的手机

Main – PCB

主PCB

Sub – PCB

子PCB

Testing, rework & handing could introduce ESD stress Board level ESD protection

测试、返工和处理可能会产生ESD压力板级ESD保护

Consumer Use

消费使用

PCBs inside the phone

手机内部的PCB

Main – PCB

主PCB

Sub – PCB

子PCB

HBM ESD >100 V & CDM ESD >200 V (automated systems)

HBMESD>100伏和CDMESD>200伏(自动化系统)

Board level HBM & CDM ESD protection (manual & automated systems)

板级HBM和CDM的ESD保护(人工和自动化系统)

IEC ESD >8 kV (contact) & 15 kV (air discharge)

IECESD>8千伏(接触)和15千伏(空气放电)

 

板级和系统级ESD保护

HBM和CDM测试额定值仅表示器件安装到PCB上之前的ESD稳健性。当器件安装在PCB上并整合到智能手机中时,HBM额定值并不能确定调谐器的放电耐受性。

根据IEC61000-4-2中的定义,调谐器安装在板上之后,所有连接至手机外部的引脚都需要采取额外的板级保护措施,以满足系统ESD要求。因此,PCB具有非常可靠的ESD保护性能,可让智能手机承受住使用时可能放出的静电。对于天线调谐器、电感以及连接至系统电路的其他元件通常会提供这种保护功能。

总结

选择智能手机的调谐器时,应体现出当今制造系统和标准的实际情况,而不应该依靠传统的假设。500伏CDM的ESD额定值适用于现代制造领域,并且符合ANSI标准。此外,符合IEC61000-4-2要求的系统级保护是在PCB层面上实现的,而不是由单个调谐器组件的制造ESD额定值所决定的。


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