提高可靠性的ESD保護(hù)考慮

圖2：每個(gè)元件對于正負(fù)ESD脈沖的響應(yīng)

從圖2的屏幕截圖中，硅解決方案(藍(lán)色波形)的ESD脈沖鉗位電壓與壓敏電阻器解決方案相比明顯低得多(黑色波形)。安森美半導(dǎo)體的硅器件鉗制ESD脈沖僅高于和低于直流電平(0~5V)，于線路的正脈沖為6.8V，負(fù)脈沖為1.6V。壓敏電阻器件沒有真正的鉗位機(jī)制，但從ESD脈沖響應(yīng)來看，此技術(shù)的吸收效應(yīng)比硅器件的鉗位效應(yīng)更大，逐漸下降到安全電平。這種緩慢的下降可以使脈沖曲線下的面積更大，所以IC的能量更大。通過壓敏電阻器得到的額外能量比采用硅器件而損壞IC的風(fēng)險(xiǎn)更大。

器件的長期性能如何？

大多數(shù)采用低速線路的應(yīng)用每天在正常使用中都受到許多ESD脈沖。因此，選擇可以承受許多脈沖而不影響系統(tǒng)性能的保護(hù)器件是重要的。為了讓ESD器件不干擾系統(tǒng)功能，它一定不能在正常工作中導(dǎo)通，但是當(dāng)產(chǎn)生破壞性的ESD脈沖時(shí)會快速導(dǎo)通。測試元件在正常工作中是否會干擾系統(tǒng)，必須測試器件在多個(gè)ESD脈沖后的漏電。為了獲得壓敏電阻器性能的總體看法，必須檢測第二家公司的壓敏電阻器。而且，比較時(shí)必須包括為相似應(yīng)用設(shè)計(jì)的元件，它們具有0402尺寸，電容超過50pf，工作電壓在5V和6V之間。兩個(gè)滿足上述要求的元件是安森美半導(dǎo)體的ESD9X5.0ST5G ESD保護(hù)器件和Innochip的壓敏電阻器ICVN0505X150。

圖3顯示了終生壽命測試結(jié)果，其中按照IEC61000-4-2 8kv接觸輸入在Vr=5V處的漏電測試錄得超過1,000次ESD脈沖。

圖3：終生壽命測試結(jié)果示意圖

壓敏電阻器和TVS解決方案在沒受到任何ESD脈沖前，開始的漏電小(小于0.1uA)。在前10個(gè)脈沖，漏電中有一個(gè)大毛刺讓壓敏電阻器超過100uA，然后在每個(gè)脈沖中緩慢增大。這是因?yàn)閴好綦娮杵骷夹g(shù)吸收更多的ESD脈沖，使之隨著每次沖擊而質(zhì)量下降。當(dāng)漏電增加時(shí)，因?yàn)檎９δ鼙桓蓴_或電池壽命縮短，提高了系統(tǒng)可靠性故障的風(fēng)險(xiǎn)。但是，安森美半導(dǎo)體的硅元件無需吸收即可鉗制脈沖，因此即使1,000個(gè)脈沖，質(zhì)量也不會下降，使漏電低于0.1uA。在很多個(gè)沖擊中這種低漏電降低了在產(chǎn)品壽命中出現(xiàn)質(zhì)量問題的機(jī)會。

總之，壓敏電阻器和硅ESD保護(hù)器件減小了IC在ESD脈沖中的能量。當(dāng)設(shè)計(jì)變得越敏感時(shí)，設(shè)計(jì)人員就必須增加保護(hù)器件，以鉗制ESD脈沖到更安全的電平。硅ESD保護(hù)器件與壓敏電阻器相比所提供的鉗位電壓更低，而且在受到許多ESD沖擊時(shí)能保持最小的漏電。對于可靠性要求高的設(shè)計(jì)，硅ESD保護(hù)器件將提供最有效的解決方案。