安森美半導(dǎo)體ESD解決方案滿足今天與未來電路的保護(hù)需求

ESD經(jīng)常發(fā)生，影響到所有手持設(shè)備。必須對(duì)IC加以保護(hù)，因?yàn)槠渲写蠖鄶?shù)無法承受高于2 kV的ESD。安森美半導(dǎo)體的ESD保護(hù)器件以最快的響應(yīng)時(shí)間和最低的鉗位電壓鉗制IEC 61000-4-2 ESD抑制標(biāo)準(zhǔn)的8千伏(kV)脈沖。
以往，由于電子設(shè)備的體積沒有那么小，所使用的IC器件也比現(xiàn)在要大很多，所以ESD似乎還不是一個(gè)問題。因?yàn)槠骷酱箅娙菀苍酱螅鼈兛梢匀菁{每伏(V)更多的電荷，因此與較小的器件相比，對(duì)ESD的敏感性更低。而當(dāng)電子設(shè)備的體積越來越小，功能越來越多，電路越來越精密，使用的半導(dǎo)體工藝到了亞微米以下的時(shí)候，IC設(shè)計(jì)對(duì)ESD更加敏感，就更容易受到ESD的損壞，ESD也就成了一個(gè)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)人員須使IC盡可能提供最有效的ESD保護(hù)，而又要為額外的保護(hù)元件減少電路板空間。
電子電路的輸入/輸出連接器為ESD的進(jìn)入提供了路徑。以手機(jī)為例，音量鍵、語音鍵、智能鍵、充電器插口、配件連接端口、揚(yáng)聲器、鍵區(qū)、擴(kuò)音器、SIM卡、電池接頭等都可能成為ESD的進(jìn)入點(diǎn)，使之輕松達(dá)到電路及電壓敏感型元件。
當(dāng)進(jìn)入的ESD電壓足夠高時(shí)，就會(huì)在IC器件的電介質(zhì)上產(chǎn)生電弧，在門氧化物層燒出顯微鏡可見的孔洞，造成器件的永久損壞。

ESD保護(hù)與CMOS芯片的分離
人們?cè)?jīng)嘗試將ESD保護(hù)與CMOS芯片集成在一起，這樣的方法不是不可以。但是隨著半導(dǎo)體工藝向65 nm以下的轉(zhuǎn)移，原來在1.5 μm工藝的芯片面積上只占幾十分之一（獲得2 kV ESD保護(hù)）的ESD保護(hù)的面積已經(jīng)無法容納于現(xiàn)在只有幾個(gè)納米的芯片之中了。在65 nm工藝下，ESD保護(hù)的面積甚至超出了整個(gè)芯片的面積。相反，工藝越來越精細(xì)，對(duì)需要ESD保護(hù)的要求就越高。因此，有效的ESD保護(hù)已不能完全集成到CMOS芯片當(dāng)中了。
此外，對(duì)電子設(shè)備來說，外部保護(hù)器件可以更有效地防止ESD輕松進(jìn)入電路及電壓敏感型元件。強(qiáng)制性ESD抑制標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-2要求，保護(hù)器件應(yīng)放置在連接器或端口處，以便在ESD進(jìn)入電路板之前有效抑制ESD事件的發(fā)生。
TVS與壓敏電阻的比較
傳統(tǒng)上，電子設(shè)備廠商是使用壓敏電阻來進(jìn)行ESD保護(hù)，但是它存在體積大、性能不好的缺點(diǎn)。在封裝方面，安森美半導(dǎo)體的超微型ESD器件與0402多層壓敏電阻相比，SOD-923 TVS的建議焊接面積為0.54 mm2，SOD-723 TVS為0.7 mm2，而0402壓敏電阻為0.9 mm2。在截面高度上，SOD-923 TVS為0.4 mm，SOD-723 TVS為0.5 mm，0402壓敏電阻則為0.9 mm。
更重要的是，TVS與壓敏電阻的性能不可同日而語。安森美半導(dǎo)體的ESD器件具有更好的鉗制性能、更低的泄漏和更長的使用壽命。
利用高頻測試電路板提供ESD接觸放電脈沖電流和ESD槍測試ESD保護(hù)器件的性能，可以在示波器上看到如圖1所示的真實(shí)的鉗制電壓曲線。TVS器件可以立即將進(jìn)入的電壓壓到很低的水平，從8 kV靜電很快鉗制到5-6 V水平；但壓敏電阻的曲線則下降得很緩慢，而且無法降到很低的水平。該曲線表明，TVS器件的恢復(fù)時(shí)間非常短，經(jīng)過TVS器件泄漏到后面電路的能量也非常少。對(duì)便攜式設(shè)備來說，進(jìn)入的能量越少越好。