Methoden om PCB te beschermen tegen ESD-schade

Hier zullen we bewijzen dat analoge onderdelen met grotere geometrieën het meest geschikt zijn voor het beschermen van veldprogrammeerbare poortarrays (FPGA's) met hun kleinere geometrieën.

Grote staalconstructies, auto's, bergen en zelfs mensen kunnen echte atmosferische bliksem overleven. Mensen kunnen ook hun eigen miniatuurbliksem (vonken) maken en overleven. Wanneer deze vonken het IC bereiken, kunnen ze echter grote storingen veroorzaken. Transistors op nanoschaal-moeten worden beschermd, zodat ze zelfs onder menselijke vonken kunnen worden gespaard.

Microprocessors verhogen de dichtheid van digitale halfgeleiders al heel lang. De fabricagetechnologie heeft geleid tot steeds kleinere transistors. In 1971 werd de Intel® 4004 computerverwerkingseenheid (CPU) geïntroduceerd met een geometrische afmeting van 10 µm. In de jaren tachtig en negentig maakte dit proces het volume van het onderdeel kleiner dan het volume van de bacteriën. In 2012 was de dichtheid van IC's 1,000 keer kleiner dan de technologie in 1971, en de functies op de chip waren kleiner dan die van virussen. In 2012 kunnen mensen een 28 nm-compatibele FPGA en 6,8 miljard transistorpakketten kopen, en de dichtheid zal naar verwachting de komende jaren verdubbelen. Kleine transistors zijn stevig op elkaar gepakt en moeten werken op lage spanningen (meestal 1 V en lager) om de gegenereerde warmte te regelen.

Om door 28 nm te kijken, let op nul: het is één 2,8 miljardste van een meter (0.000000028). Laat de afstand tussen San Francisco en New York City één meter vertegenwoordigen (ongeveer 4000 kilometer of 2500 mijl). 28 zeemijl (een van 36 miljoen delen) is nu 0,11 meter of 4,4 inch. Hoeveel bliksem moet een apparaat van zo'n kleine geometrische afmeting door bliksem worden beschadigd? Hoe deze noodzakelijke en nuttige FPGA te beschermen?

Het simpele antwoord is om I/O-interface-apparaten te gebruiken die de digitale en analoge wereld overbruggen. De geometrische afmetingen van analoge gemengde-signaal-IC's zijn relatief groot (10 tot 100 keer groter dan digitale geïntegreerde schakelingen) en hebben een hogere spanning (meestal 20 V tot 80 V of hoger), waardoor ze robuuster zijn dan miniatuur digitale transistoren.