ESD保護(hù)元件的對(duì)比分析及大電流性能鑒定

　　對(duì)于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言，如果沒(méi)有采取適當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/ESD">ESD保護(hù)措施，所設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品就會(huì)有遭到損傷的可能。因此，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)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(hù)方法

　　為了給電子系統(tǒng)提供ESD保護(hù)，可以從不同的角度來(lái)著手。一種方法是在半導(dǎo)體芯片內(nèi)建ESD保護(hù)架構(gòu)。不過(guò)，日趨縮小的CMOS芯片已經(jīng)越來(lái)越不足以承受進(jìn)行內(nèi)部2 kV等級(jí)的ESD保護(hù)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(chǎng)營(yíng)銷副總裁麥滿權(quán)指出：真正有效的ESD保護(hù)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(jì)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?yàn)镋SD設(shè)計(jì)作出貢獻(xiàn)。系統(tǒng)連接的感測(cè)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(cè)鎖住情況的軟件則可以用來(lái)重置接口電路且無(wú)須操作人員的接入。

　　不過(guò)，總是有部分電路點(diǎn)較為敏感，同時(shí)也很難與外部隔離。因此，最有效的方法是使用保護(hù)元件來(lái)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(hù)元件，使得電流流經(jīng)保護(hù)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(jìn)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(hù)元件應(yīng)用電路圖

　　常見(jiàn)ESD保護(hù)元件分類

　　安森美半導(dǎo)體來(lái)自美國(guó)的ESD保護(hù)專家Robert Ashton博士說(shuō)，一般而言，ESD保護(hù)元件的分類可以通過(guò)其保護(hù)策略與方向性來(lái)進(jìn)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(hù)元件中，壓敏電阻在低電壓時(shí)，呈現(xiàn)出高電阻，其中的每個(gè)小型二極管兩端的電壓都相當(dāng)?shù)?，同時(shí)電流也相當(dāng)小；而在較高電壓時(shí)，其中的獨(dú)立二極管開始導(dǎo)通，同時(shí)壓敏電阻的電阻會(huì)下降。從表1中我們也可以看出壓敏電阻為雙向保護(hù)元件。而對(duì)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(shí)，導(dǎo)電粒子間的小間隙會(huì)成為突波音隙陣列，從而帶來(lái)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(jì)的硅芯片元件。TVS元件主要針對(duì)能夠以低動(dòng)態(tài)電阻承載大電流的要求進(jìn)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(jiàn)ESD保護(hù)元件分類

　　利用屏幕截圖和TLP進(jìn)行ESD保護(hù)元件的大電流性能鑒定

　　Ashton博士說(shuō)在正常工作條件下，ESD保護(hù)元件應(yīng)該保持在不動(dòng)作狀態(tài)，同時(shí)不會(huì)對(duì)電子系統(tǒng)的功能造成任何影響，這可以通過(guò)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(lái)達(dá)成。而在ESD應(yīng)力沖擊或者說(shuō)大電流沖擊條件下，ESD保護(hù)元件的第一個(gè)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(hù)點(diǎn)的電壓；其次，必須能夠快速動(dòng)作，這樣才能使上升時(shí)間低于納秒的ESD沖擊上升時(shí)間。

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