Chia sẽ về kinh nghiệm làm IO

[ngoclinh_xl]

Mình để ý thấy trong mục này chưa ai viết về thiết kế IO nên mình xin chia sẽ luôn cho nó máu. Thực tế thì mình không chuyên sâu về thiết kế IO nên chỉ trình bày sơ qua những kinh nghiêm mà mình có. Ngày trước mình làm 1 con chíp mà cứ mơ mơ màng màng về IO khiến mình khó chịu.

Mình nghĩ trong đây ai cũng có tham vọng là tự làm hoàn toàn một con chíp trong đời cho dù nó chỉ là con comparator đơn giản với một sáng kiến trong đầu. Âu thì tham vọng đó cũng là dễ hiểu. Ban đầu mình làm thì lo lắm, nó mà không chạy tốt thì vỡ mộng ra. Tưởng đâu thiết kế ngon lành xong là tape out, ai ngờ lại dính đến cái vụ bảo vệ ESD cho các chân của chíp mà đâu đầu. Thiết kế block nào trong chíp như nguồn LDO, LNA, ADC ... thì có model để tools mô phỏng đạt là tự tin nhưng cái ESD thì lại không có model để mô phỏng trong khi thiết kế. Mình làm ESD xong cũng run lắm vì chỉ hand conculation. Tưởng đâu cái dễ làm nhất thì nó lại khó làm nhất khi làm toàn bộ 1 con chíp. Mình có xem qua mấy cái ESD trong thư viện khác. Nó làm bằng diode. Mà theo tính toán của mình với spec HBM thì dòng norminal là 1 A mà sao cái diode đó nó chịu được chứ ? . Không biết người ta tính toán kiểu gì. mà đem bán đã vậy.

mình sẽ viết tiếp....

[ngoclinh_xl]

Chào mọi người mình xin chia sẽ tiếp,

Bài viết này và về sau mình chia sẽ sẽ hướng tới các bạn sinh viên mới ra trường hoặc mới tham gia làm ngành vi mạch này. Các bác có kinh nghiệm rồi thì cho thêm nhận xét nhé.

Đáng lẽ ra mình phải viết một bài viết tổng quan về làm một con chíp từ A đến Z ( chíp thuần analog thôi, chíp digital hay SoC thì mình chưa có cơ hội làm) để các bạn mới làm nghề này có cái nhìn " practice " thật sự. Nhưng mình sẽ viết bài viết đó ở một thread khác.

Các con chíp khác nhau thì sẽ có các khối giống hoặc/và khác nhau. Nhưng tất cả các con chíp đều phải có một thứ đó chính là ESD. Nói nôm na là đố chính là khối bảo vệ cho con chíp khỏi bị die bới tĩnh điện bên ngoài. Tĩnh điện bên ngoài, cái tĩnh điện xuất hiện khi mà các bạn cọ xát lòng bàn tay với nhau rồi đưa nó lại gần cọng tóc là cọng tóc nó dính ấy. Chừng đó thôi mà chạm vào con chíp là nó bị die theo các zapping khác nhau khi con chíp không được trang bị khối bảo vệ ESD. TĨnh điện bên ngoài thì có nhiều nguồn lắm. Các hãng làm chíp phải làm ESD vì nó là một tiêu chuẩn đáp ứng nhu cầu thực tế. Tất nhiên các bạn làm chíp không gắn ESD vô cũng được. Đôi lúc test chíp chạy oke nhưng khách hàng sẽ không mua đâu .

Hình ở dưới là hình tổng hợp giới thiệu về khái niệm ESD, các loại nguồn ESD, hậu quả do ESD gây ra, và đồ thị minh họa ngưỡng điện áp mà device chịu đựng khi các con MOSFET nhỏ dần.

Cái hình mà có sét đánh ra từ ngón tay chỉ là hình minh họa thôi chứ thực tế không thế đâu nhé. Nếu thế thì chắc thằng đó cũng đi rồi chứ nói gì con chíp.

Một lưu ý là, công nghệ càng ngày càng phát triển vì thế MOSFET càng ngày càng nhỏ. Do đó áp chịu đựng của các con MOS này càng ngày càng bé. Điều này tạo ra ngày càng nhiều thách thức cho người làm ESD. Thách thức như thế nào mình sẽ trình bày cụ thể sau.

[ngoclinh_xl]

Giả sử có một nguồn ESD 2KV trên tay bạn. tức là tay bạn đang tích một tĩnh điện tới những 2KV. Có một con chíp đang ở trong không trung. Các bạn động tay vào 1 chân bất kỳ của con chíp, thử hỏi con chíp có die không ?

Con chíp đó chưa có khối bảo vệ ESD nào hết.

[ngoclinh_xl]

Ồ, đã 2 năm rồi mà không ai comment bài viết của tôi. Thật đáng buồn.
..............Nhưng không sao, tôi sẽ trả lời giúp các bạn. Con chíp đó sẽ không die.

[thientanvt]

Bài này mới qua có 7 ngày, mà nói là qua 2 năm rồi thiệt

[ngoclinh_xl]

Thì tôi viết năm 2015, giờ là 2016 rồi còn gì.

[ngoclinh_xl]

Ồ, đã 2 năm rồi mà không ai comment bài viết của tôi. Thật đáng buồn.
..............Nhưng không sao, tôi sẽ trả lời giúp các bạn. Con chíp đó sẽ không die.

Chào mọi người hôm nay mình chia sẽ tiếp.....

Gọi con chíp đó là chíp A và chân con chíp mình động vào là IO1. Mình sẽ giải thích vì sao con chíp đó không die.
Các bạn biết dòng điện bao giờ cũng chạy từ nơi có điện thế cao về nơi có điện thế thấp. Con chíp đặt trên không trung nên trở kháng nhìn từ con chíp A(tâm điểm đế của chíp) xuống đất là rất lơn gần như vô cùng và gọi là Z. Trở kháng từ chân IO1 tới tâm điểm đế của chíp là ZIO << Z. Trở kháng thân thể và tay bạn vào khoảng R = 1.5K. Giả sử tồn tại dòng điện i chạy qua con chíp lúc đó thì

i = 2KV/(1.5K+Z+ZIO) , do Z rất lớn nên i gần bằng 0. Áp ngang qua trên IO1 tới tâm điểm đế của chíp là:
Vio = ZIO x i ~ 0V. Nên con chíp sẽ không die.

Bài toán rất đơn giản nhưng nhiều khi đọc tài liệu mình cứ nghĩ chỉ cần tĩnh điện 2KV động vào chân con chíp là nó die nhưng thực tế không phải. Phải có thêm điều kiện cho nó nữa đó là 1 hoặc/và nhiều chân còn lại phải tiếp đất hoặc có điện thế bé hơn, Giả sử 1 hoặc các chân còn lại tiếp đất( coi như tâm đế chíp tiếp đất ) thì :

i = 2KV/(1.5K+ZIO) => Vio = ZIO x i >> 0V do đó con chíp sẽ die nếu device bên trong không chịu được áp Vio này.

Tông hợp các điều kiện để ESD xảy ra người ta phân loại thành bốn dạng ( gọi là bốn zapping ).

Hình đinh kèm tổng hợp các nguồn ESD xuyên suốt quãng đời của con chíp.

[Paddy]

Chào mọi người mình xin chia sẽ tiếp,



Cái hình mà có sét đánh ra từ ngón tay chỉ là hình minh họa thôi chứ thực tế không thế đâu nhé. Nếu thế thì chắc thằng đó cũng đi rồi chứ nói gì con chíp.

Một lưu ý là, công nghệ càng ngày càng phát triển vì thế MOSFET càng ngày càng nhỏ. Do đó áp chịu đựng của các con MOS này càng ngày càng bé. Điều này tạo ra ngày càng nhiều thách thức cho người làm ESD. Thách thức như thế nào mình sẽ trình bày cụ thể sau.

Ngoài lề chút xíu

Sét đánh từ ngón tay là có thật đấy bác. Bác nào sống muà đông, trời khô thì có thể sẽ thấy những cái đó.

Một lần tớ rờ cái nắm đấm cửa bằng kim loại trong phòng tối thì thấy rõ ràng một tia chớp. Không sáng như hình minh hoạ nhưng đủ để mắt mình thấy. Và nó dài chừng 1mm.

Còn cảm thấy bị ESD giựt thì muà đông bị hoài.

Một lần khác là cắm trại muà hè (nhưng trời rất khô). Ban đêm tay rờ vào miếng nệm nắm thì nó sáng xanh lên. Càng xoa nó càng sáng. Không ra tia chớp, nhưng nguyên bàn tay sáng lên luôn (chỗ tiếp súc với tấm nệm). Sáng như kiểu quậy nước biển lúc ban đêm.

[Paddy]

Chào mọi người hôm nay mình chia sẽ tiếp.....

Gọi con chíp đó là chíp A và chân con chíp mình động vào là IO1. Mình sẽ giải thích vì sao con chíp đó không die.
Các bạn biết dòng điện bao giờ cũng chạy từ nơi có điện thế cao về nơi có điện thế thấp. Con chíp đặt trên không trung nên trở kháng nhìn từ con chíp A(tâm điểm đế của chíp) xuống đất là rất lơn gần như vô cùng và gọi là Z. Trở kháng từ chân IO1 tới tâm điểm đế của chíp là ZIO << Z. Trở kháng thân thể và tay bạn vào khoảng R = 1.5K. Giả sử tồn tại dòng điện i chạy qua con chíp lúc đó thì

i = 2KV/(1.5K+Z+ZIO) , do Z rất lớn nên i gần bằng 0. Áp ngang qua trên IO1 tới tâm điểm đế của chíp là:
Vio = ZIO x i ~ 0V. Nên con chíp sẽ không die.

Bài toán rất đơn giản nhưng nhiều khi đọc tài liệu mình cứ nghĩ chỉ cần tĩnh điện 2KV động vào chân con chíp là nó die nhưng thực tế không phải. Phải có thêm điều kiện cho nó nữa đó là 1 hoặc/và nhiều chân còn lại phải tiếp đất hoặc có điện thế bé hơn, Giả sử 1 hoặc các chân còn lại tiếp đất( coi như tâm đế chíp tiếp đất ) thì :

i = 2KV/(1.5K+ZIO) => Vio = ZIO x i >> 0V do đó con chíp sẽ die nếu device bên trong không chịu được áp Vio này.

Tông hợp các điều kiện để ESD xảy ra người ta phân loại thành bốn dạng ( gọi là bốn zapping ).

Hình đinh kèm tổng hợp các nguồn ESD xuyên suốt quãng đời của con chíp.

Tớ nghĩ là bác lầm rồi. Tĩnh điện chứ không phải điện thường cho nên không cần phải close loop (mạch đóng).

Tĩnh điện trên các chất không dẫn điện là do ion hóa. VD: que thủy tinh chà vào tấm lông cừu. Một cái sẽ tích ion âm và cái kia sẽ có ion dương.

Tĩnh điện trên tay cũng như thế thôi (âm hoặc dương). Tức là có quá nhiều / quá ít điện tử. Khi rờ vào vật khác thì điện tử sẽ chạy từ chỗ nhiều đến chỗ ít. Và khi có điện tử chạy thì bác có giòng điện. Hòan toàn không cần "mạch đóng" để có giòng điện.

[Paddy]

Chào mọi người hôm nay mình chia sẽ tiếp.....

Cái hình đó bác lấy ở đâu ra vậy ?

[broodlord]

Cái này ngắn gọn mà súc tích nè:
http://www.ti.com/lit/an/ssya010a/ssya010a.pdf

[ngoclinh_xl]

Tớ nghĩ là bác lầm rồi. Tĩnh điện chứ không phải điện thường cho nên không cần phải close loop (mạch đóng).

Tĩnh điện trên các chất không dẫn điện là do ion hóa. VD: que thủy tinh chà vào tấm lông cừu. Một cái sẽ tích ion âm và cái kia sẽ có ion dương.

Tĩnh điện trên tay cũng như thế thôi (âm hoặc dương). Tức là có quá nhiều / quá ít điện tử. Khi rờ vào vật khác thì điện tử sẽ chạy từ chỗ nhiều đến chỗ ít. Và khi có điện tử chạy thì bác có giòng điện. Hòan toàn không cần "mạch đóng" để có giòng điện.

Cảm ơn bác Paddy đã gợi ý. Có lé là em đã nhầm. Với bài toán của em ở trên bác nghĩ là con chíp đó có die không ? Con chíp đó trung hòa về điện.

Bác góp ý thêm nhé, em cũng là dân chưa nhiều kinh nghiệm lắm đâu. Chỉ là chia sẽ những thứ mà em biết.

Hồi trước em có soạn một cái slide để làm seminar. Mấy cái hình em đều search trên google với từ khóa ESD thôi bác ạ. Giờ cũng không nhớ nguồn nữa.

[ngoclinh_xl]

Cái này ngắn gọn mà súc tích nè:
http://www.ti.com/lit/an/ssya010a/ssya010a.pdf

Chào bạn broodlord,

Thanks bạn đã chia sẽ tài liệu. Thực ra thì tài liệu ESD rất nhiều. Mình chỉ nói sơ qua và những cái dễ gây hiểu lầm như bài toán của mình ở trên thôi. Bạn có thể chia sẽ thêm kinh nghiệm của bạn về làm IO cho mọi người được không!

[Paddy]

Cảm ơn bác Paddy đã gợi ý. Có lé là em đã nhầm. Với bài toán của em ở trên bác nghĩ là con chíp đó có die không ? Con chíp đó trung hòa về điện.

Bác góp ý thêm nhé, em cũng là dân chưa nhiều kinh nghiệm lắm đâu. Chỉ là chia sẽ những thứ mà em biết.

Hồi trước em có soạn một cái slide để làm seminar. Mấy cái hình em đều search trên google với từ khóa ESD thôi bác ạ. Giờ cũng không nhớ nguồn nữa.

Trung hoà hay không trung hoà không thành vấn đền trong trường hợp này. Tay bác có vài Kv tĩnh điện mà rờ vô chân IC là có thể làm nó chết liền hoặc ngắc ngoái và chạy lung tung khi gắn vô mạch.

Tại sao trung hoà không thành vấn đề cho IC??? Nên nhớ rằng là tĩnh điện chỉ nằm một chỗ cho tới khi nào đụng vô vật khác thôi. Nếu IC có tĩnh điện (từ ma sát, v.v.) mà từ từ tăng lên thì nó khó mà chết lắm. Lý do là nó cần một vật khác (tay chân, máy móc) chạm tới nó để nó xả tĩnh điện ra.


Mấy hình bác có dùng chữ sai, và có vài phần sai

[Paddy]

Bác nên tìm hiểu thêm về ESD. Cái chữ chính trong đây là chữ D - Discharge - xả (ra).

Một cái họ không nói là thời gian xả ra. Thời gian càng ngắn thì càng nguy hiểm cho IC. Cái này liên hệ tớ luật Ohm

Có vài trăm Kv mà xả qua 1Mohm thì sẽ mất nhiều thời gian hơn so với 1ohm. Và giòng điện xả ra dĩ nhiên là rất nhỏ khi có 1Mohm.

Đó là lý do chính mà tại sao các đồ đeo trong cổ tay, cổ chân, áo mặc thường có điện trở khoảng 1Mohm..

Họ muốn tĩnh điện từ IC (nếu có) xả qua tay người làm thật "chậm". Nếu nhanh quá (giòng cao vì trở thấp) thì IC sẽ tiêu.