ESD保護元件的對比分析及大電流性能鑒定

　　對于電子系統(tǒng)設(shè)計人員而言，如果沒有采取適當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/ESD">ESD保護措施，所設(shè)計的電子產(chǎn)品就會有遭到損傷的可能。因此，電子系統(tǒng)設(shè)計中的一項重要課題便是確保使其能夠承受ESD的沖擊，并繼續(xù)正常工作。

　　ESD保護方法

　　為了給電子系統(tǒng)提供ESD保護，可以從不同的角度來著手。一種方法是在半導(dǎo)體芯片內(nèi)建ESD保護架構(gòu)。不過，日趨縮小的CMOS芯片已經(jīng)越來越不足以承受進行內(nèi)部2 kV等級的ESD保護所需要的面積。安森美半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品部亞太區(qū)市場營銷副總裁麥滿權(quán)指出：真正有效的ESD保護是不能完全集成到CMOS芯片之中的！

　　其次，也可以在物理電路設(shè)計方面下功夫，較敏感的電路元件應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離通孔或接縫處，如果可能的話，線纜連接

　　此外，軟件也能夠為ESD設(shè)計作出貢獻。系統(tǒng)連接的感測器比較容易受到ESD的沖擊，造成接口電路的鎖住情況，而能夠感測鎖住情況的軟件則可以用來重置接口電路且無須操作人員的接入。

　　不過，總是有部分電路點較為敏感，同時也很難與外部隔離。因此，最有效的方法是使用保護元件來將電流導(dǎo)離較敏感的元件。也就是在電子系統(tǒng)的連接器或端口處放置ESD保護元件，使得電流流經(jīng)保護元件，且不流經(jīng)敏感元件，以維持敏感元件的低電壓，使其免受ESD應(yīng)力影響，進入有效控制ESD事件的發(fā)生，如圖1所示。當(dāng)然，合格的ESD元件必須具有低泄漏和低電容，且在多重應(yīng)力作用下功能不下降，從而不降低電路的功能。

圖1：典型的ESD保護元件應(yīng)用電路圖

　　常見ESD保護元件分類

　　安森美半導(dǎo)體來自美國的ESD保護專家Robert Ashton博士說，一般而言，ESD保護元件的分類可以通過其保護策略與方向性來進行，主要包括壓敏電阻、聚合物和瞬態(tài)電壓抑 制器(TVS)等，如表1所示。在這幾種保護元件中，壓敏電阻在低電壓時，呈現(xiàn)出高電阻，其中的每個小型二極管兩端的電壓都相當(dāng)?shù)?，同時電流也相當(dāng)?。欢谳^高電壓時，其中的獨立二極管開始導(dǎo)通，同時壓敏電阻的電阻會下降。從表1中我們也可以看出壓敏電阻為雙向保護元件。而對于帶導(dǎo)電粒子的聚合物而言，在正常電壓下，這些材料擁有相當(dāng)高的電阻，但當(dāng)發(fā)生ESD沖擊時，導(dǎo)電粒子間的小間隙會成為突波音隙陣列，從而帶來低電阻路徑。

　　瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)則為采用標(biāo)準(zhǔn)與齊納二極管特性設(shè)計的硅芯片元件。TVS元件主要針對能夠以低動態(tài)電阻承載大電流的要求進行優(yōu)化，由于TVS元件通常采用集成電路(IC)方式生產(chǎn)，因此我們可以看到各種各樣的單向、雙向及以陣列方式排列的單芯片產(chǎn)品。　　　　

表1：常見ESD保護元件分類

　　利用屏幕截圖和TLP進行ESD保護元件的大電流性能鑒定

　　Ashton博士說在正常工作條件下，ESD保護元件應(yīng)該保持在不動作狀態(tài)，同時不會對電子系統(tǒng)的功能造成任何影響，這可以通過維持低電流以及足以在特定數(shù)據(jù)傳輸速率下維持?jǐn)?shù)據(jù)完整性的低電容值來達(dá)成。而在ESD應(yīng)力沖擊或者說大電流沖擊條件下，ESD保護元件的第一個要求就是必須能夠正常工作，要有夠低的電阻以便能夠限制受保護點的電壓；其次，必須能夠快速動作，這樣才能使上升時間低于納秒的ESD沖擊上升時間。

　　眾所周知，對于電子系統(tǒng)而言，它必須能夠在IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)測試條件下存續(xù)。雖然大部分的ESD保護元件都宣稱能夠承受IEC 61000-4-2所指定的應(yīng)力沖擊等級，如8 kV或第四級(Class 4)，但業(yè)界卻沒有公認(rèn)的ESD保護元件大電流抑制特性測試的合格標(biāo)準(zhǔn)。對此，安森美半導(dǎo)體給出了自己的定義，也就是在