湖北按鍵接口ESD保護(hù)元件原理

來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2023-09-21

靜電放電形式與帶電體的幾何形狀、電壓和帶電體的材質(zhì)有關(guān)。靜電放電形式:電暈放電(1)電暈放電:是發(fā)生在帶電體前列或曲率半徑很小處附近的局部放電。電暈放電可能伴有輕微的嘶嘶聲和微弱的淡紫色光。電暈放電一般沒(méi)有引燃危險(xiǎn)。刷形放電和傳播型刷形放電(2)刷形放電和傳播型刷形放電:都是發(fā)生在絕緣體表面的有聲光的多分支放電。當(dāng)絕緣體背面緊貼有金屬導(dǎo)體時(shí),絕緣體正面將出現(xiàn)傳播型刷形放電。同一絕緣體上可發(fā)生多次刷形放電或傳播型刷形放電。刷形放電有一定的引燃危險(xiǎn);傳播型刷形放電的引燃危險(xiǎn)性大。(3)火花放電:是帶電體之間發(fā)生的通道單一的放電?;鸹ǚ烹娪忻髁恋拈W光和有短促的爆裂聲。其引燃危險(xiǎn)性很大。(4)雷型放電:是懸浮在空間的大范圍、高密度帶電粒子形成的閃電狀放電。其引燃危險(xiǎn)性很大。國(guó)際上習(xí)慣將用于靜電防護(hù)的器材統(tǒng)稱(chēng)為ESD,中文名稱(chēng)為靜電阻抗器。湖北按鍵接口ESD保護(hù)元件原理

靜電的發(fā)生機(jī)制。由于不同原子的原子核對(duì)電子的束縛能力不同,物體相互靠近時(shí),電子就會(huì)在物體之間發(fā)生轉(zhuǎn)移,從而導(dǎo)致電荷在物質(zhì)系統(tǒng)之間的不均勻分布,打破原本的平衡狀態(tài)。所謂靜電,其實(shí)就是這些發(fā)生轉(zhuǎn)移、在某一物體上積累下來(lái)的電荷,而由這些電荷引發(fā)的諸多現(xiàn)象,如頭發(fā)炸毛、電腦屏幕粘上灰塵等,就是靜電現(xiàn)象。當(dāng)我們活動(dòng)時(shí),身體、衣物會(huì)和地面、空氣等產(chǎn)生摩擦,使電子在它們之間發(fā)生轉(zhuǎn)移,從而使身體帶電。我們的鞋子大多是絕緣的橡膠底,身體累積的電荷不可能通過(guò)鞋導(dǎo)給大地,于是身體的電荷逐漸累積,也就產(chǎn)生了靜電。靜電現(xiàn)象在冬天比在夏天更為常見(jiàn),這與不同濕度下空氣的導(dǎo)電能力有關(guān)。相對(duì)濕潤(rùn)時(shí),空氣中漂浮著大量微小液滴,可以轉(zhuǎn)移身體的一部分電荷,而冬天氣候干燥,室內(nèi)外溫差更**的溫差會(huì)降低空氣相對(duì)濕度,因此摩擦帶來(lái)的電荷很容易積累起來(lái)。江蘇低電容ESD保護(hù)元件測(cè)試典型的機(jī)器模型對(duì)小電阻放電的波形, 峰值電流可達(dá)幾百安培,持續(xù)時(shí)間決定于放電通路的電感為幾百納秒。

在ESD設(shè)計(jì)中,Diode是一種常見(jiàn)的器件。圖2為Diode的一種典型應(yīng)用情況,在VDD相對(duì)于VSS發(fā)生PositiveESDPulse時(shí),Diode發(fā)生雪崩擊穿并釋放ESD電流,從而保護(hù)內(nèi)部電路不受ESD影響。但由于二極管完全通過(guò)雪崩擊穿釋放ESD電流,在大電流下器件的功耗很大,因此這種模式下二極管的抗ESD能力往往很低,器件的微分電阻也較大;而在VDD相對(duì)于VSS發(fā)生NegativeESDPulse時(shí),該Diode為正偏并釋放ESD電流,由于二極管的正向?qū)妷汉苄?,此模式下器件的功耗很小,因此其抗ESD能力非常強(qiáng)。由于Diode在正偏和反偏兩種狀態(tài)下的ESD能力差別非常大,因此目前在使用二極管作ESD保護(hù)器件時(shí)往往會(huì)采用非常大的器件面積提升二極管反偏狀態(tài)下的ESD能力,如此一來(lái),缺點(diǎn)是非常明顯的,它增大了ESD器件的面積占用,更為嚴(yán)重的是,對(duì)于高頻引腳而言,此方式會(huì)帶來(lái)較大的寄生電容,使引腳的頻率特性變差。

在高頻高速信號(hào)電路中,電路的特征阻抗較低,分布電容和分布電感對(duì)電路的阻抗匹配、信號(hào)質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生較大的影響,這要求設(shè)計(jì)的ESD防護(hù)電路具有很小的寄生參數(shù),對(duì)信號(hào)質(zhì)量和阻抗匹配產(chǎn)生**小的影響,即要保證高頻信號(hào)盡量無(wú)損失地通過(guò)防護(hù)電路,同時(shí)ESD防護(hù)電路要對(duì)寬頻譜的ESD信號(hào)具有較好的吸收和衰減性能,阻止ESD脈沖進(jìn)入被保護(hù)電路。在中低頻IC內(nèi)部的I/O端口都可以設(shè)計(jì)ESD防護(hù)電路以提高器件的抗ESD能力,但是射頻器件和高速數(shù)字IC內(nèi)部的I/0端口一般無(wú)法直接設(shè)計(jì)ESD防護(hù)電路,因?yàn)榉雷o(hù)電路的寄生參數(shù)(主要是結(jié)電容)將影響I/0端口的阻抗匹配、改變器件的頻響特性。ESD靜電保護(hù)元件一般為硅基材料器件,相應(yīng)速度可做到ps級(jí)。

ESD靜電放電機(jī)器模型,機(jī)器模型的等效電路與人體模型相似,但等效電容是200pF,等效電阻為0,機(jī)器模型與人體模型的差異較大,實(shí)際上機(jī)器的儲(chǔ)電電容變化較大,但為了描述的統(tǒng)一,取200pF。由于機(jī)器模型放電時(shí)沒(méi)有電阻,且儲(chǔ)電電容大于人體模式,同等電壓對(duì)器件的損害,機(jī)器模式遠(yuǎn)大于人體模型。靜電放電充電器件模型,半導(dǎo)體器件主要采用三種封裝型式(金屬、陶瓷、塑料)。它們?cè)谘b配、傳遞、試驗(yàn)、測(cè)試、運(yùn)輸及存貯過(guò)程中,由于管殼與其它絕緣材料(如包裝用的塑料袋、傳遞用的塑料容器等)相互磨擦,就會(huì)使管殼帶電。器件本身作為電容器的一個(gè)極板而存貯電荷。CDM模型就是基于已帶電的器件通過(guò)管腳與地接觸時(shí),發(fā)生對(duì)地放電引起器件失效而建立的。ESD靜電保護(hù)元件一般并聯(lián)在電流中使用。河南VGA接口ESD保護(hù)元件電容

ESD(Electro-Static discharge)的意思是“靜電釋放”,也稱(chēng)靜電放電。湖北按鍵接口ESD保護(hù)元件原理

由于這種SCR的觸發(fā)要靠Nwell和Pwell結(jié)的擊穿來(lái)實(shí)現(xiàn),在CMOS工藝中,其擊穿電壓大約有幾十伏,遠(yuǎn)高于一般器件的柵氧擊穿電壓,達(dá)不到ESD防護(hù)的效果。因此對(duì)于低壓CMOS芯片而言,SCR的觸發(fā)電壓需要通過(guò)一些方法降低,以滿(mǎn)足芯片的保護(hù)要求。SCR的高It2使得器件可以以很小的寬度達(dá)到芯片的抗ESD要求,因此使用SCR器件可以有效的降低由ESD器件帶來(lái)的寄生電容,這一點(diǎn)對(duì)于RF芯片的ESD設(shè)計(jì)非常有利。由于這種SCR的觸發(fā)要靠Nwell和Pwell結(jié)的擊穿來(lái)實(shí)現(xiàn),在CMOS工藝中,其擊穿電壓大約有幾十伏,遠(yuǎn)高于一般器件的柵氧擊穿電壓,達(dá)不到ESD防護(hù)的效果。因此對(duì)于低壓CMOS芯片而言,SCR的觸發(fā)電壓需要通過(guò)一些方法降低,以滿(mǎn)足芯片的保護(hù)要求。SCR的高It2使得器件可以以很小的寬度達(dá)到芯片的抗ESD要求,因此使用SCR器件可以有效的降低由ESD器件帶來(lái)的寄生電容,這一點(diǎn)對(duì)于RF芯片的ESD設(shè)計(jì)非常有利。湖北按鍵接口ESD保護(hù)元件原理