如何改善半导体芯片的浪涌抗扰度耐量

如何改善半导体芯片的浪涌抗扰度耐量,第1张

等效于「IEC61000-4-5 Electromagnetic compatibility—Testing and measurement techniquess—Surge immunity test」的「GB/T 17626.5电磁兼容试验和测量技术-浪涌(冲击)抗扰度试验」规定了对由于开关和雷电瞬变过电压引起的单极性浪涌(冲击)的抗扰度要求、试验方法和推荐的试验等级,同时规定了几个与不同环境和安装状态的试验等级。此项试验就是要评价EUT(DUT)在规定的工作条件下,对于由开关或雷电作用所产生的有一定危害电平的浪涌(冲击)电压的反应和耐受能力。

关于半导体芯片抗反向浪涌试验,基多年之发展,已由开始阶段的“反向过电压冲击”逐渐进展到“反向过电流冲击”、“反向功率冲击”并发展到目前的“非重复雪崩能量”、“重复雪崩耐量(规定瞬态脉冲宽度)”。说明了半导体芯片抗浪涌耐量的提升,现已普遍在SBD、SFD、FRED等制品上得到应用。

随着人类 科技 发展的不断进步,人们对于宇宙之中的神秘物质逐渐有了一些认知。为了探测和研究这些神秘物质,人们往往会 选择一些让人们意想不到的特殊环境和特殊位置来建造探测器和实验室 。譬如,日本用来 探测中微子的超级神冈探测器 ,就被修建于地下千米深的地底,而同样对中微子感兴趣的 俄罗斯 ,则把探测实验室建造于 贝加尔湖畔的水底

我国作为强国之一,本着 “ 科技 兴国” 的原则,自然也不会放过对于这些宇宙空间神秘物质的研究探测, 试图从中找到一些关于宇宙和物理的未知规律,解开关于人类 科技 领域的未知面纱 。为此,我国也在 四川西昌的彝族自治州锦屏山地下2400米深处 ,建造了 全世界最深的地下实验室 。而这个实验室的研究对象,正是宇宙之中神龙不见首尾的 暗物质

那么,我们为什么要选择研究暗物质,又 为什么要选择在地下两千四百米深的地底来研究暗物质?暗物质有什么特别之处?

我们首先来了解一番这个藏在地下两千四百米深处实验室的主要研究目标-暗物质。

暗物质是在基于 星系自转曲线理论 提出的一种物质,这种理论与爱因斯坦的引力波一样违背牛顿万有引力的观点,证实 星系的质量从理论模型上来看与预期产生了巨大的差异 ,这些质量的差异就来源于星系之间所存在的许多人们 观测不到的物质 ,这种物质广泛且大量地存在于宇宙之中,是 宇宙物质的重要组成部分 ,可以 随意构成任何一种已知物质 。因此,这种神秘不可见的物质就被称为暗物质。

并且,这种暗物质占有宇宙全部物质总质量的八成以上, 平均每天有几万亿个暗物质从人体穿身而过 ,人体却不会有任何感觉。有些被广泛认同的观点认为,组成这种暗物质的主要成分是一些 能产生微弱互相作用的,有质量惰性粒子 ,或者一种 非常轻的中性粒子 。目前,人类对于暗物质的了解还十分有限,在人类的有限认知里,目前已经证实暗物质具有以下几个属性:

首先, 暗物质是有质量的 ,这是人们发现暗物质参与引力的相互作用所得出的结论。但是人们还 不能确定暗物质质量的具体数值和大小 。其次, 暗物质不参与电磁波的互相作用,与光子的相互作用也非常微弱 ,因此暗物质很暗, 几乎不会散发任何光芒

并且, 暗物质的运动速度也远低于光速,是一种极冷极暗的物质 ,这导致暗物质的 结构特性也十分稳定 ,不会产生太大的变化,与我们人类目前所认知的任何一种粒子都大相径庭,成功挑战基础的粒子物理标准模型。

人们提出暗物质的猜想和理论最早是在上个世纪二十年代初,天文学家卡普坦最先在观察星系运动的过程之中,根据一些 星系运动的异常现象 ,推测出星系周围可能存在不可见的物质,但未经证实。

在三十年代初期,同样作为天文学家的兹威基在研究狮子座附近一个星系团的过程之中,通过用 光度学 动力学 来分别测算星系团质量的时候,发现 这两种测量方法得出的质量结果竟相差一百六十多倍 。正式提出有关暗物质的猜想:暗物质有质量,却不发光,所以, 利用动力学能测量到它,光度学却测量不到它 。这个猜想也使得暗物质一词正式出现在学术论文之中,但兹威基并未对暗物质进行进一步研究。

直到三十年之后,另一位天文物理学家鲁宾对暗物质产生了浓厚的研究兴趣,在经过十余年的漫长观测和数据计算之后,针对暗物质进行了详细的描述和研究, 通过银河系质量的“丢失”间接证实了暗物质的存在

但直接证实暗物质的存在还是在这个世纪初才被得到正式的证实,2006年,一个天文研究团队通过X射线望远镜观测到星系团之中产生的 一系列星系碰撞 ,在这个星系碰撞的过程之中, 暗物质被分离出来 ,而这个观测证据由此打开了人们对暗物质的正式研究大门。

但是,无论是直接观测还是间接观测,都仅仅停留在“观测”阶段,要对暗物质进行研究,还 需要切实的探测手段 。而这些探测手段就需要一定的探测证据作为标准来证实暗物质的成功捕捉。目前公认的探测证据主要是 通过对星系和宇宙辐射尺度 这两大方面的探测来实现的。从星系来说,可以通过对星系团的运动和X射线以及引力透镜的观测来证实暗物质,从宇宙背景来说, 可以通过研究宇宙微波辐射总量和宇宙总体结构尺度来推算暗物质

当然,只要暗物质能够与物质产生作用,我们就能够探测到它。只是这会对我们人类的科学技术和探测条件提出非常大的挑战和困难。目前主要有 直接探测,间接探测和对撞机探测 三种方式。

其中,前两种探测方式是 通过对暗物质与其它物质产生作用所留下的痕迹进行间接或直接的探测 。而最后一种粒子对撞机探测方式则是 在粒子对撞实验里产生暗物质 ,但这种在粒子对撞之中产生的暗物质粒子很难被探测到,还是会产生暗物质不可见的特征。所以,现在一般都会 将粒子对撞的探测方法与前两种直接或间接的探测方法相结合,才能达到最好的效果

随着暗物质这个科学话题的逐渐热门,许多国家都针对暗物质实验进行布局,我国自然也不例外。 2010年,中国第一个地下极深实验室-中国锦屏地下实验室正式投入使用 ,其 2400米 的深度荣登 世界岩底最深实验室 之名,正在开展针对暗物质的探测研究。

中国锦屏地下实验室, 利用的是修建锦屏山水电站时挖的隧道改造而成 ,极深的地底位置能够 有效屏蔽来自宇宙射线的干扰 ,使得暗物质探测器的探测结果更加精准,为了 使抗干扰能力更加强悍 ,在暗高纯锗晶体物质探测器的外部,除了岩石还包裹着厚达半米的混凝土和厚达一米的聚乙烯,以及一层铅状物,就 连中子都不得入内

并且,这座地下实验室由于建造位置的便捷,研究人员只需要 在地面就能够对地下实验室的探测设备进行控制 ,并对探测数据进行研究分析。而中国锦屏地下实验室主要通过两种探测方式对暗物质进行探测研究,分别是 以清华研究组为代表的低温半导体探测器与上海交大的液氙探测器

这两种探测器都是 采用对暗物质与粒子发生碰撞引起的反冲核数据来证实暗物质的存在 ,用直接观测法来 对暗物质进行研究 ,将世界暗物质的直接探测水平提高到一个 全新高度

目前,在对暗物质探测器进行研制改进的过程中,我国已经掌握了暗物质探测器的商业级制造技术,并通过精密的暗物质探测实验结果, 排除了美国实验组给出了暗物质存在区域,缩小了暗物质的存在范围 ,为发现暗物质提供了更大可能性。

随着暗物质的研究成果不断的进步,我国已经不满足于单单对暗物质进行研究,而是要 升级为能够研究中微子和核天体的物理实验室 。为了满足实验需求,在2014年, 锦屏地下实验室正式开启了扩建计划 ,这个扩建计划甚至被纳入了国家 科技 建设领域的 “十三五规划” ,即将升级成为地下极深极低辐射物理实验室,能够容纳更多的实验项目和实验团队。其面积将 从四千立方米增加到三十万立方米 ,是一个 绝佳的地底研究实验室

那么,暗物质这种宇宙之中极其神秘的物质, 究竟有什么用呢?

其实,现阶段人类对于宇宙的了解认知还十分有限,随着暗物质、暗能量、引力波、双缝干涉实验的证实, 传统的物理模型似乎已不再适用于当前人们所认知的宇宙规则

而暗物质的证实,除了能为我们修正和打开物理模型和天文物理的新视野,还能用以解释一些现今科学所不能解释的领域和现象: 宇宙之中那些占比很高但却不为人所知的暗物质,有没有可能就是我们所认知的“灵魂”,“意识”或中医学,道教之中的“气”“道”?

如果人类 科技 的发展水平能够对暗物质进行肆意利用和转化,那么,也许人类 科技 可以少走很多弯路。我们不妨来大胆猜测一下,既然暗物质具备形成宇宙之中一切基本物质的条件,那么我们是否能够 利用暗物质来造物 ,甚至 “隔空取物” 意念交流 ?毕竟在 电磁波 刚被发现证实之时,人们也从未想过它有一天会 将人类信息传播途径和方法抬升到一种全新的境界

从哲学上来说,暗物质的存在从某种程度上也 影响着科学主义至上理论 ,为目前广泛所为人认知的物质决定意识观点提出质疑,也许能够 帮助人类理解意识的起源甚至“第六感”的本质 ,那么, 人类的 科技 和进化将会达到一个全新的层次和维度

所以,我国在地下两千四百米深建造的实验室,未来不仅是对暗物质进行研究,更是对所有宇宙之中无知的未知进行研究 探索 ,并且,对于未知的 探索 也就是对于科学的 探索 , 只有不断揭开未知,才能够超越自我,将认知完善拔高到一个全新的境界

而这些 探索 和开发的 科技 成果,也有助于我们国家具备更高的 科技 水平和综合国力,同时, 这些看似玄妙的 科技 成果,随着时间的推移终究会反哺并影响到千家万户的日常生活,给我们带来一个全新的世界

静电放电的起因有多种,但GB/T17626.2-2006主要描述在低湿度情况下,通过摩擦等因素,使人体积累了电荷。当带有电荷的人与设备接触时,就可能产生静电放电。

静电放电的起因:

1、试验目的:

2、试验单个设备或系统的抗静电干扰的能力。它模拟:

(1) *** 作人员或物体在接触设备时的放电。

(2)人或物体对邻近物体的放电。

静电放电可能产生的如下后果:

(1)直接通过能量交换引起半导体器件的损坏。

(2)放电所引起的电场与磁场变化,造成设备的误动作。

3、放电方式 :

(1)直接放电(直接对设备的放电):接触放电为首选形式;只有在不能用接触放电的地方(如表面涂有绝缘层,计算机键盘缝隙等情况)才改用气隙放电。

(2)间接放电:水平耦合,垂直耦合

试验方法:

1、有型式试验(在实验室进行)及安装现场试验两种,标准规定以前者为主。 试验中一般以1次/秒的速率进行放电,以便让设备对试验未来得及响应另外正式试验前要用20次/秒的放电速率,对被试设备表面很快扫视一遍,目的找出设备对静电放电敏感的部位。试验电压要由低到高逐渐增加到规定值。

3、静电放电用在平时可以用触摸到的点上。试验采用:

(1)单次放电。(2)在选定点与地之间进行放电。(3)每个点上至少放电10次(正或负极性)。(4)相邻两次放电之间至少间隔1秒在选择放电点的时候,则用每秒20次的放电速度进行,着力于寻找可能静电放电敏感的点。 对于邻近物体间的放电,可通过对接地板和试品附近(相距250px)的金属板(1250px×1250px)放电来模拟。

实验室试验的配置及气候环境:

(1)实验室的地面应设置接地参考平面,它应是一种最小厚度为0.25mm的铜或铝的金属薄板,其他金属材料虽可使用它们至少有0.65mm的厚度。接地参考面的最小尺寸1m²,实际的尺寸取决于受试设备的尺寸,而且每边至少应伸出受试设备或耦合板之外0.5m,并将它与保护接地系统相连。受试设备与实验室墙壁和其他金属性结构之间的距离最小1m。

(2)规定有耦合板的地方,例如允许采用间接放电的地方,这些耦合板采用和接地参考面相同的金属和厚度,而且每断带有一个470kΩ电阻的电缆与接地参考平面连接,当电缆置于接地参考平面上时,这些电阻器应耐受住放电电压且具有良好的绝缘,以避免对接地参考平面的短路,也可以防止静电电荷的积累。

(3)气候条件:在空气放电试验的情况下,气候条件应在下述范围内:

(4)环境温度:15°c~35°c 相对湿度:30%~60% 大气压力:86kPa~106kPa

对受试设备直接施加的放电:

(1)除非在通用标准、产品标准、产品类标准中有其他规定,静电放电只施加在正常使用时人员可解除的受试设备上的点和面。以下是例外的情况(即放电不施加在下述点):

(a)维修时才接触得到的点和表面。这种情况下,特定的静电放电简化方法应在文件中注明。

(b)最终用户保养时接触到的点和表面,这些极少接触到的点,如换电池时接触到的电池、录音电话中的磁带等。

(c)设备安装固定后或按使用说明使用后不再能接触到的点和面,例如:底部和设备的靠墙面或安装端子后的地方。

(d)外壳为金属的同轴连接器和多芯连接器可接触到的点。该情况下,仅对连接器的外壳施加接触放电。非导电的(如塑料)连接器内可接触到的点,应只进行空气放电试验。

(2)为确定故障的临界点,试验电压应从最小值到选定的试验电压值逐渐增加,最后的试验值不应超过产品的规范值,以避免损坏设备。

(3)试验应以单次放电的方式进行,在预选点上,至少施加十次单次放电(最敏感的极性)。

(4)连续单次放电之间的时间间隔建议至少1s,但为了确定系统是否发生故障,可能需要较长的时间间隔。注:放电点通过以20次/s或以上放电重复率来进行试探的方法加以选择。

(5)静电放电发生器应保持与实施放电的表面垂直,以改善试验结果的可重复性。

(6)在实施放电的时候,发生器的放电回路电缆与受试设备的距离至少应保持0.2m。

(7)在接触放电的情况下,放电电极的顶端应在 *** 作放电开关之前接触受式设备。

(8)对于表面涂漆的情况,应采用以下的 *** 作程序:

(9)如设备制造厂家未说明涂膜为绝缘层,则发生器的电极头应穿入漆膜,以便与导电层接触,如厂家指明是绝缘层,则应只进行空气放电,这类表面不应进行接触放电试验。

(10)在空气放电的情况下,放电电极的圆形放点头应尽可能快地接近并触及受试设备(不要造成机械损坏)。每次放电之后,应将放电电极从受试设备移开,然后重新触发发生器,进行新的单次放电,这个程序应当重复至放电完成为止。

不接地设备的试验方法:

(1)不接地设备或设备的不接地部件不能如I类供电设备自行放电。若在下一个静电放电脉冲施加前电荷未消除,受试设备或受试设备的部件上的电荷累积可能使电压为预期试验电压的两倍。因此,双重绝缘设备的绝缘体电容经过几次静电放电累积,可能充电至异常高,然后以高能量在绝缘击穿电压处放电。

(2)为模拟单次静电放电(气隙放电或接触放电),在施加每个静电放电脉冲之前应消除受试设备上的电荷。

(3)因受试设备和水平耦合板(台式)之间以受试设备和接地参考平面(落地式)之间的电容取决于受试设备的尺寸。静电放电试验时,如果功能允许,应安装带泄放电阻的电缆。放电电缆的一个电阻应尽可能靠近受试设备的试验点,最好小于20mm,第二个电阻应靠近电缆的末端,台式设备的电缆连接于水平耦合板上,对于立式设备的电缆连接于参考面上。

(4)注意:带泄放电阻电缆的存在会影响某些设备的试验结果,有争议时,若在连续放电之间电荷能有效的衰减,施加静电放电脉冲时断开电缆的试验优于连接上电缆的试验

以下选择可作为替代方法:

(1)连续放电的时间间隔应长于受试设备的电荷自然衰减所需的时间

(2)使用带泄放电阻和碳纤刷的接地电缆(例如2×470KΩ)

静电放电抗扰度实验结果

(1)试验结果应依据受试设备的功能丧失或性能降级进行分类。相关的性能水平由设备的制造商或试验的需求方确定,或由产品的制造商和购买双方协商同意。建议按如下要求分类:

a) 在制造商、委托方或购买方规定的限值内性能正常

b) 功能或性能暂时丧失或降低,但在骚扰停止后能自行恢复,不需要 *** 作者干预;

c) 功能或性能暂时丧失或降低,但需 *** 作人员干预才能恢复;

d) 因设备硬件或软件损坏,或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低。


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