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(shè)計工程師通過在減少硅片空間大小的同時提高設(shè)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(shè)計工程師要不斷地在他們的設(shè)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(chǎn)品的可靠性會產(chǎn)生不利的影響，并且會增加故障的可能性。因此，手持設(shè)備的設(shè)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

2、使那些采用了對 ESD 越來越敏感的 IC 的終端產(chǎn)品保持高可靠性。ESD 波形以系統(tǒng)級的方法來定義典型的ESD 事件所采用的最常見的波形，是以其亞納秒上升時間和高電流電平(參見圖 1) 為顯著特征的IEC61000-4-2波形。這種波形的規(guī)范要求采用四級ESD 量級。大部分設(shè)計工程師都要求把產(chǎn)品限定到最高級的8kV的接觸放電或15kV 的空氣放電。當(dāng)進(jìn)行元器件級測試時，因為空氣放電測試在這樣的小型元器件上是不能重復(fù)的，接觸放電測試則是最適合的測試方式。ESD 方面所需考慮因素ESD 保護(hù)器件的目的是把數(shù)千伏電壓的ESD 輸入電壓降低到所保護(hù)的IC 所能承受的的安全電壓，并能把電流從IC 旁路

3、。雖然所需ESD 波形的輸入電壓和電流在過去的幾年沒有出現(xiàn)變化，但要求保護(hù)IC 的安全電壓電平卻降低了。過去，IC 設(shè)計在 ESD 防護(hù)方面更具魯棒性，而且能夠承受更高電壓，因此，在選擇能符合IEC61000-4-2第 4 級的要求的保護(hù)二極管時有充分的選擇余地。而對于如今ESD更敏感的IC ，設(shè)計工程師就必須不僅要確保保護(hù)器件能夠符合IEC61000-4-2第 4級標(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)用選擇最佳保護(hù)器件的時候，設(shè)計工程師們必須要考慮到 ESD 保護(hù)器件能夠把ESD 電壓控制到多么低的電平。圖 1 ： IEC610

4、00-4-2規(guī)范指標(biāo)一覽表。選擇最有效的保護(hù)方案保護(hù)二極管的關(guān)鍵 DC 指標(biāo)是擊穿電壓、 漏電和電容。大部分?jǐn)?shù)據(jù)頁也會說明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被ESD 沖擊損壞。所存在的問題是，大部分?jǐn)?shù)據(jù)頁中沒有任何針對像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敿?xì)說明，要在IEC61000-4-2 規(guī)范中硬性規(guī)定箝位電壓不是一件簡單的事情，這是因為該規(guī)范的初衷是用來檢驗系統(tǒng)是否合格，并且頻率是如此高。 要把這種規(guī)范來檢驗保護(hù)器件，關(guān)鍵的是不僅要檢查保護(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。比較保護(hù)二

5、極管箝位電壓的最好途徑是采用一臺示波器抓取保護(hù)二極管兩端在ESD 產(chǎn)生期間內(nèi)的實際電壓波形。在觀察經(jīng)受IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)測試的 ESD 保護(hù)器件的電壓波形時， 通常初始電壓峰值之后緊隨著第二峰值，并且最終電壓將會穩(wěn)定下來。初始峰值是由 IEC61000-4-2 波形的初始電流峰值和由測試電路中存在的電感所導(dǎo)致的過沖相結(jié)合所造成的。初始峰值的持續(xù)時間很短，因此限定了傳輸?shù)絀C 的能量。圖中曲線上顯示了保護(hù)器件的箝位性能，其位于第一個過沖之后。應(yīng)該重點關(guān)注第二個峰值，這是因為該峰值的持續(xù)時間較長，被測IC 承受的能量將因此增加。在以下的討論中，箝位電壓被定義為第二峰值的最大電壓。幾種保護(hù)

6、二極管的比較為了進(jìn)行公平的比較，所選元器件應(yīng)當(dāng)有相似的封裝尺寸和參數(shù)指標(biāo)。用來比較的是三只 ESD 保護(hù)二極管，當(dāng)對它們的電特性進(jìn)行比較時，認(rèn)為這些器件可以彼此互換。這些器件都是雙向的ESD 保護(hù)器件，具有同樣的擊穿電壓(6.8V) 、電容 (15pf) 和封裝外形 (1.0 0.6 0.4 mm) 。這里所選擇的產(chǎn)品分別是競爭對手的RSB6.8CS 、競爭對手的PG05DBTFC和安森美半導(dǎo)體的ESD9B5.0ST5G。當(dāng)對以上器件的DC 性能進(jìn)行比較的時候，結(jié)果看起來似乎是相同的(參見圖 2 所示曲線 )。此外， 它們都聲稱符合IEC61000-4-2第 4 級標(biāo)準(zhǔn)， 這就意味著它們將都經(jīng)

7、受住高達(dá)8kV 接觸電壓的ESD 沖擊。圖 2 ：三種 ESD 器件的 DC 特性對比。為了比較每個器件的箝位性能，利用示波器來抓取ESD 發(fā)生期間的電壓波形。利用完全相同的測試條件，對上述器件進(jìn)行并排測試。圖 3 中顯示出每個二極管對正/負(fù) ESD 脈沖的響應(yīng)曲線。所用的輸入脈沖為IEC61000-4-2level4 的標(biāo)準(zhǔn)接觸電壓 (8kV) 。圖 3：三種 ESD保護(hù)二極管的箝位電壓對比(示波器屏幕圖 )。從圖 3 所示的圖上可見，顯然，與兩個競爭對手的器件(藍(lán)色波形 )相比較，安森美半導(dǎo)體保護(hù)解決方案 (黑色波形 )可提供更低的 ESD 脈沖箝位電壓。 與 KEC 的 18V和 Roh

8、m 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，這三個器件之間箝位電壓的差異更加明顯。安森美、 競爭對手和競爭對手的器件對負(fù)脈沖的箝位電壓分別是20V 、 34V和 42V 。在負(fù) ESD 期間這三種器件之間有明顯的區(qū)別，競爭對手的器件的箝位電壓比安森美的器件高70% ，而競爭對手的器件的箝位電壓則是安森美器件的兩倍之多。通過競爭對手的保護(hù)器件后的剩余負(fù)脈沖電壓對那些更容易受到ESD 破壞的新 IC 設(shè)計有潛在的危險。 然而，安森美的器件卻能在負(fù)脈沖和正脈沖兩個方向上保持低的箝位電壓，從而將遭受正/負(fù) ESD 脈沖的破壞風(fēng)險都保持在最低水平。好的保護(hù)器件需要對正 /負(fù) ESD 脈沖都能進(jìn)行很好的箝位，以保證終端產(chǎn)品在現(xiàn)實條件下實現(xiàn)最高的可靠性。在正/負(fù)兩個方向上的低箝位電壓確保器件能保護(hù)極敏感的 IC，這使得設(shè)計工程師能利用可