ESD保護(hù)策略解析

1、esd保護(hù)策略解析手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、mp3播放器和pda等手持設(shè)備的設(shè)計(jì)工程師，正不斷地瀕臨著在降低囫圇系統(tǒng)成本的同時(shí)、又要以更小的體積提供更多功能的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)工程師通過(guò)在削減硅片空間大小的同時(shí)提高設(shè)備的速度和性能，以此來(lái)推進(jìn)這一趨勢(shì)。為了使功能和芯片體積得到優(yōu)化，ic設(shè)計(jì)工程師要不斷地在他們的設(shè)計(jì)中使功能尺寸最小化。然而，要付出什么代價(jià)呢？ic功能尺寸的削減使得器件更易受到 esd的傷害。這種趨勢(shì)對(duì)終端產(chǎn)品的牢靠性會(huì)產(chǎn)生不利的影響，并且會(huì)增強(qiáng)故障的可能性。因此，手持設(shè)備的設(shè)計(jì)工程師就要面向找到一種具有成本效益的esd解決計(jì)劃的挑戰(zhàn)，這種計(jì)劃能把電壓箝位到更低水平，以便使那些采納了對(duì)esd越來(lái)越

2、敏感的ic的終端產(chǎn)品保持高牢靠性。esd波形以系統(tǒng)級(jí)的辦法來(lái)定義典型的esd大事所采納的最頻繁的波形，是以其亞納秒升高時(shí)光和高電平(參見(jiàn)圖1)為顯著特征的iec61000-4-2波形。這種波形的規(guī)范要求采納四級(jí)esd量級(jí)。大部分設(shè)計(jì)工程師都要求把產(chǎn)品限定到最高級(jí)的8kv的接觸放電或15kv的空氣放電。當(dāng)舉行元器件級(jí)測(cè)試時(shí)，由于空氣放電測(cè)試在這樣的小型元器件上是不能重復(fù)的，接觸放電測(cè)試則是最適合的測(cè)試方式。esd方面所需考慮因素esd庇護(hù)器件的目的是把數(shù)千伏電壓的esd輸入電壓降低到所庇護(hù)的ic所能承受的的平安電壓，并能把電流從ic旁路。雖然所需esd波形的輸入電壓和電流在過(guò)去的幾年沒(méi)有浮現(xiàn)變幻

3、，但要求庇護(hù)ic的平安電壓電平卻降低了。過(guò)去，ic設(shè)計(jì)在esd防護(hù)方面更具魯棒性，而且能夠承受更高電壓，因此，在挑選能符合iec61000-4-2第4級(jí)的要求的庇護(hù)時(shí)有充分的挑選余地。而對(duì)于如今esd更敏感的ic，設(shè)計(jì)工程師就必需不僅要確保庇護(hù)器件能夠符合iec61000-4-2第4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而且還要確保該器件能夠?qū)sd脈沖鉗制到足夠低的電平，從而確保ic不受損壞。在為給定的應(yīng)用挑選最佳庇護(hù)器件的時(shí)候，設(shè)計(jì)工程師們必需要考慮到esd庇護(hù)器件能夠把esd電壓控制到多么低的電平。圖1：iec61000-4-2規(guī)范指標(biāo)一覽表。挑選最有效的庇護(hù)計(jì)劃庇護(hù)二極管的關(guān)鍵dc指標(biāo)是擊穿電壓、漏電和。大部分?jǐn)?shù)據(jù)

4、頁(yè)也會(huì)解釋iec61000-4-2的最大額定電壓，該電壓指的是二極管在該電壓上不會(huì)被esd沖擊損壞。所存在的問(wèn)題是，大部分?jǐn)?shù)據(jù)頁(yè)中沒(méi)有任何針對(duì)像esd這樣的高頻率、高瞬態(tài)電流的箝位電壓方面的信息?？墒且唧w解釋，要在iec61000-4-2規(guī)范中硬性規(guī)定箝位電壓不是一件容易的事情，這是由于該規(guī)范的初衷是用來(lái)檢驗(yàn)系統(tǒng)是否合格，并且頻率是如此高。要把這種規(guī)范來(lái)檢驗(yàn)庇護(hù)器件，關(guān)鍵的是不僅要檢查庇護(hù)二極管是否合格/不合格，還要檢查它能把esd電壓箝位到多么低的電平。比較庇護(hù)二極管箝位電壓的最好途徑是采納一臺(tái)抓取庇護(hù)二極管兩端在esd產(chǎn)生期間內(nèi)的實(shí)際電壓波形。在觀看經(jīng)歷iec61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的

5、esd庇護(hù)器件的電壓波形時(shí)，通常初始電壓峰值之后緊隨著其次峰值，并且終于電壓將會(huì)穩(wěn)定下來(lái)。初始峰值是由iec61000-4-2波形的初始電流峰值和由測(cè)試中存在的所導(dǎo)致的過(guò)沖相結(jié)合所造成的。初始峰值的持續(xù)時(shí)光很短，因此限定了傳輸?shù)絠c的能量。圖中曲線上顯示了庇護(hù)器件的箝位性能，其位于第一個(gè)過(guò)沖之后。應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注其次個(gè)峰值，這是由于該峰值的持續(xù)時(shí)光較長(zhǎng)，被測(cè)ic承受的能量將因此增強(qiáng)。在以下的研究中，箝位電壓被定義為其次峰值的最大電壓。幾種庇護(hù)二極管的比較為了舉行公正的比較，所選元器件應(yīng)該有相像的封裝尺寸和參數(shù)指標(biāo)。用來(lái)比較的是三只esd庇護(hù)二極管，當(dāng)對(duì)它們的電特性舉行比較時(shí)，認(rèn)為這些器件可以彼此互

6、換。這些器件都是雙向的esd庇護(hù)器件，具有同樣的擊穿電壓(6.8v)、電容(15pf)和封裝形狀(1.0×0.6×0.4 mm)。這里所挑選的產(chǎn)品分離是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的rsb6.8cs、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的pg05dbtfc和安森美的esd9b5.0st5g。當(dāng)對(duì)以上器件的dc性能舉行比較的時(shí)候，結(jié)果看起來(lái)似乎是相同的(參見(jiàn)圖2所示曲線)。此外，它們都聲稱符合iec61000-4-2第4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，這就意味著它們將都經(jīng)歷住高達(dá)8kv接觸電壓的esd沖擊。圖2：三種esd器件的dc特性對(duì)照。為了比較每個(gè)器件的箝位性能，利用示波器來(lái)抓取esd發(fā)生期間的電壓波形。利用盡全相同的測(cè)試條件，對(duì)上述器件舉

7、行并排測(cè)試。圖3中顯示出每個(gè)二極管對(duì)正/負(fù)esd脈沖的響應(yīng)曲線。所用的輸入脈沖為iec61000-4-2 level 4的標(biāo)準(zhǔn)接觸電壓(8kv)。圖3：三種esd庇護(hù)二極管的箝位電壓對(duì)照(示波器屏幕圖)。從圖3所示的圖上可見(jiàn)，明顯，與兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的器件(藍(lán)色波形)相比較，安森美半導(dǎo)體庇護(hù)解決計(jì)劃(黑色波形)可提供更低的esd脈沖箝位電壓。與kec的18v和rohm的23v相比較，安森美的器件將正脈沖箝位在14v。而在負(fù)脈沖期間，這三個(gè)器件之間箝位電壓的差異越發(fā)顯然。安森美、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的器件對(duì)負(fù)脈沖的箝位電壓分離是20v、34v和42v。在負(fù)esd期間這三種器件之間有顯然的區(qū)分，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的器件的箝位電壓比安森美的器件高70%，而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的器件的箝位電壓則是安森美器件的兩倍之多。通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的庇護(hù)器件后的剩余負(fù)脈沖電壓對(duì)那些更簡(jiǎn)單受到esd破壞的新ic設(shè)計(jì)有潛在的危急。然而，安森美的器件卻能在負(fù)脈沖和正脈沖兩個(gè)方向上保持低的箝位電壓，從而將遭遇正/負(fù)esd脈沖的破壞風(fēng)險(xiǎn)都保持在最低水平。好的庇護(hù)器件需要對(duì)正/負(fù)esd脈沖都能舉行很好的箝位，以保證終端產(chǎn)品在現(xiàn)實(shí)條件下實(shí)現(xiàn)最高的牢靠性。在正/負(fù)兩個(gè)方向上的低箝位電壓確保器件能庇護(hù)極敏感的ic，這使得設(shè)計(jì)工程師能利用可以實(shí)現(xiàn)更多功能和更高速度