ESD保護策略解析

1、ESD保護策略解析手機、數(shù)碼相機、MP3播放器和PDA等手持設備的設計工程師，正不斷地面臨著在降低整個系統(tǒng)成本的同時、又要以更小的體積提供更多功能的挑戰(zhàn)。集成電路設計工程師通過在減少硅片空間大小的同時提高設備的速度和性能，以此來推動這一趨勢。為了使功能和芯片體積得到優(yōu)化，IC設計工程師要不斷地在他們的設計中使功能尺寸最小化。然而，要付出什么代價呢？IC功能尺寸的減少使得器件更易受到 ESD電壓的損害。這種趨勢對終端產品的可靠性會產生不利的影響，并且會增加故障的可能性。因此，手持設備的設計工程師就要面對找到一種具有成本效益的ESD解決方案的挑戰(zhàn)，這種方案能把電壓箝位到更低水平，以便使那些采用了對

2、ESD越來越敏感的IC的終端產品保持高可靠性。ESD波形形以系統(tǒng)統(tǒng)級的方方法來定定義典型型的ESSD事件件所采用用的最常常見的波波形，是是以其亞亞納秒上上升時間間和高電電流電平平(參見見圖1)為顯著著特征的的IECC610000-4-22波形。這這種波形形的規(guī)范范要求采采用四級級ESDD量級。大大部分設設計工程程師都要要求把產產品限定定到最高高級的88kV的的接觸放放電或115kVV的空氣氣放電。當當進行元元器件級級測試時時，因為為空氣放放電測試試在這樣樣的小型型元器件件上是不不能重復復的，接接觸放電電測試則則是最適適合的測測試方式式。ESD方面面所需考考慮因素素ESDD保護器器件的目目的是把

3、把數(shù)千伏伏電壓的的ESDD輸入電電壓降低低到所保保護的IIC所能能承受的的的安全全電壓，并并能把電電流從IIC旁路路。雖然然所需EESD波波形的輸輸入電壓壓和電流流在過去去的幾年年沒有出出現(xiàn)變化化，但要要求保護護IC的的安全電電壓電平平卻降低低了。過過去，IIC設計計在ESSD防護護方面更更具魯棒棒性，而而且能夠夠承受更更高電壓壓，因此此，在選選擇能符符合IEEC6110000-4-2第44級的要要求的保保護二極極管時有有充分的的選擇余余地。而而對于如如今ESSD更敏敏感的IIC，設設計工程程師就必必須不僅僅要確保保保護器器件能夠夠符合IIEC6610000-44-2第第4級標標準，而而且還要

4、要確保該該器件能能夠將EESD脈脈沖鉗制制到足夠夠低的電電平，從從而確保保IC不不受損壞壞。在為為給定的的應用選選擇最佳佳保護器器件的時時候，設設計工程程師們必必須要考考慮到EESD保保護器件件能夠把把ESDD電壓控控制到多多么低的的電平。圖1：IIEC6610000-44-2規(guī)規(guī)范指標標一覽表表。選擇最有效效的保護護方案保保護二極極管的關關鍵DCC指標是是擊穿電電壓、漏漏電和電電容。大大部分數(shù)數(shù)據(jù)頁也也會說明明IECC610000-4-22的最大大額定電電壓，該該電壓指指的是二二極管在在該電壓壓上不會會被ESSD沖擊擊損壞。所所存在的的問題是是，大部部分數(shù)據(jù)據(jù)頁中沒沒有任何何針對像像ESDD

5、這樣的的高頻率率、高瞬瞬態(tài)電流流的箝位位電壓方方面的信信息。可可是要詳詳細說明明，要在在IECC610000-4-22規(guī)范中中硬性規(guī)規(guī)定箝位位電壓不不是一件件簡單的的事情，這這是因為為該規(guī)范范的初衷衷是用來來檢驗系系統(tǒng)是否否合格，并并且頻率率是如此此高。要要把這種種規(guī)范來來檢驗保保護器件件，關鍵鍵的是不不僅要檢檢查保護護二極管管是否合合格/不不合格，還還要檢查查它能把把ESDD電壓箝箝位到多多么低的的電平。比較保護二二極管箝箝位電壓壓的最好好途徑是是采用一一臺示波波器抓取取保護二二極管兩兩端在EESD產產生期間間內的實實際電壓壓波形。在在觀察經經受IEEC6110000-4-2標準準測試的的E

6、SDD保護器器件的電電壓波形形時，通通常初始始電壓峰峰值之后后緊隨著著第二峰峰值，并并且最終終電壓將將會穩(wěn)定定下來。初初始峰值值是由IIEC6610000-44-2波波形的初初始電流流峰值和和由測試試電路中中存在的的電感所所導致的的過沖相相結合所所造成的的。初始始峰值的的持續(xù)時時間很短短，因此此限定了了傳輸?shù)降絀C的的能量。圖圖中曲線線上顯示示了保護護器件的的箝位性性能，其其位于第第一個過過沖之后后。應該該重點關關注第二二個峰值值，這是是因為該該峰值的的持續(xù)時時間較長長，被測測IC承承受的能能量將因因此增加加。在以以下的討討論中，箝箝位電壓壓被定義義為第二二峰值的的最大電電壓。幾種保護二二極管

7、的的比較為為了進行行公平的的比較，所所選元器器件應當當有相似似的封裝裝尺寸和和參數(shù)指指標。用用來比較較的是三三只ESSD保護護二極管管，當對對它們的的電特性性進行比比較時，認認為這些些器件可可以彼此此互換。這這些器件件都是雙雙向的EESD保保護器件件，具有有同樣的的擊穿電電壓(66.8VV)、電電容(115pff)和封封裝外形形(1.000.60.44 mmm)。這這里所選選擇的產產品分別別是競爭爭對手的RSSB6.8CSS、競爭爭對手的PGG05DDBTFFC和安安森美半半導體的的ESDD9B55.0SST5GG。當對對以上器器件的DDC性能能進行比比較的時時候，結結果看起起來似乎乎是相同同

8、的(參參見圖22所示曲曲線)。此此外，它它們都聲聲稱符合合IECC610000-4-22第4級級標準，這這就意味味著它們們將都經經受住高高達8kkV接觸觸電壓的的ESDD沖擊。圖2：三三種ESSD器件件的DCC特性對對比。為了比較每每個器件件的箝位位性能，利利用示波波器來抓抓取ESSD發(fā)生生期間的的電壓波波形。利利用完全全相同的的測試條條件，對對上述器器件進行行并排測測試。圖圖3中顯顯示出每每個二極極管對正正/負EESD脈脈沖的響響應曲線線。所用用的輸入入脈沖為為IECC610000-4-22 leevell 4的的標準接接觸電壓壓(8kkV)。圖3：三三種ESSD保護護二極管管的箝位位電壓對

9、對比(示示波器屏屏幕圖)。從圖3所示示的圖上上可見，顯顯然，與與兩個競競爭對手手的器件件(藍色色波形)相比較較，安森森美半導導體保護護解決方方案(黑黑色波形形)可提提供更低低的ESSD脈沖沖箝位電電壓。與與KECC的188V和RRohmm的233V相比比較，安安森美的的器件將將正脈沖沖箝位在在14VV。而在在負脈沖沖期間，這這三個器器件之間間箝位電電壓的差差異更加加明顯。安安森美、競競爭對手手和競競爭對手手的器器件對負負脈沖的的箝位電電壓分別別是200V、334V和和42VV。在負負ESDD期間這這三種器器件之間間有明顯顯的區(qū)別別，競爭爭對手的器件件的箝位位電壓比比安森美美的器件件高700%，

10、而而競爭對對手的的器件的的箝位電電壓則是是安森美美器件的的兩倍之之多。通通過競爭爭對手的的保護器器件后的的剩余負負脈沖電電壓對那那些更容容易受到到ESDD破壞的的新ICC設計有有潛在的的危險。然然而，安安森美的的器件卻卻能在負負脈沖和和正脈沖沖兩個方方向上保保持低的的箝位電電壓，從從而將遭遭受正/負ESSD脈沖沖的破壞壞風險都都保持在在最低水水平。好的保護器器件需要要對正/負ESSD脈沖沖都能進進行很好好的箝位位，以保保證終端端產品在在現(xiàn)實條條件下實實現(xiàn)最高高的可靠靠性。在在正/負負兩個方方向上的的低箝位位電壓確確保器件件能保護護極敏感感的ICC，這使使得設計計工程師師能利用用可以實實現(xiàn)更多多