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安森美半导体ESD解决方案满足今天与未来电路的保护需求 下载

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电源技术资料下载,电源技术
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ESD经常发生,影响到所有手持设备。必须对IC加以保护,因为其中大多数无法承受高于2 kV的ESD。安森美半导体的ESD保护器件以最快的响应时间和最低的钳位电压钳制IEC 61000-4-2 ESD抑制标准的8千伏(kV)脉冲。
以往,由于电子设备的体积没有那么小,所使用的IC器件也比现在要大很多,所以ESD似乎还不是一个问题。因为器件越大电容也越大,它们可以容纳每伏(V)更多的电荷,因此与较小的器件相比,对ESD的敏感性更低。而当电子设备的体积越来越小,功能越来越多,电路越来越精密,使用的半导体工艺到了亚微米以下的时候,IC设计对ESD更加敏感,就更容易受到ESD的损坏,ESD也就成了一个设计的挑战。设计人员须使IC尽可能提供最有效的ESD保护,而又要为额外的保护元件减少电路板空间。
电子电路的输入/输出连接器为ESD的进入提供了路径。以手机为例,音量键、语音键、智能键、充电器插口、配件连接端口、扬声器、键区、扩音器、SIM卡、电池接头等都可能成为ESD的进入点,使之轻松达到电路及电压敏感型元件。
当进入的ESD电压足够高时,就会在IC器件的电介质上产生电弧,在门氧化物层烧出显微镜可见的孔洞,造成器件的永久损坏。

ESD保护与CMOS芯片的分离
人们曾经尝试将ESD保护与CMOS芯片集成在一起,这样的方法不是不可以。但是随着半导体工艺向65 nm以下的转移,原来在1.5 μm工艺的芯片面积上只占几十分之一(获得2 kV ESD保护)的ESD保护的面积已经无法容纳于现在只有几个纳米的芯片之中了。在65 nm工艺下,ESD保护的面积甚至超出了整个芯片的面积。相反,工艺越来越精细,对需要ESD保护的要求就越高。因此,有效的ESD保护已不能完全集成到CMOS芯片当中了。
此外,对电子设备来说,外部保护器件可以更有效地防止ESD轻松进入电路及电压敏感型元件。强制性ESD抑制标准IEC61000-4-2要求,保护器件应放置在连接器或端口处,以便在ESD进入电路板之前有效抑制ESD事件的发生。
TVS与压敏电阻的比较
传统上,电子设备厂商是使用压敏电阻来进行ESD保护,但是它存在体积大、性能不好的缺点。在封装方面,安森美半导体的超微型ESD器件与0402多层压敏电阻相比,SOD-923 TVS的建议焊接面积为0.54 mm2,SOD-723 TVS为0.7 mm2,而0402压敏电阻为0.9 mm2。在截面高度上,SOD-923 TVS为0.4 mm,SOD-723 TVS为0.5 mm,0402压敏电阻则为0.9 mm。
更重要的是,TVS与压敏电阻的性能不可同日而语。安森美半导体的ESD器件具有更好的钳制性能、更低的泄漏和更长的使用寿命。
利用高频测试电路板提供ESD接触放电脉冲电流和ESD枪测试ESD保护器件的性能,可以在示波器上看到如图1所示的真实的钳制电压曲线。TVS器件可以立即将进入的电压压到很低的水平,从8 kV静电很快钳制到5-6 V水平;但压敏电阻的曲线则下降得很缓慢,而且无法降到很低的水平。该曲线表明,TVS器件的恢复时间非常短,经过TVS器件泄漏到后面电路的能量也非常少。对便携式设备来说,进入的能量越少越好。


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