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利用HFTA160建立双极型集成电路的ESD保护

发布时间:2020-07-21 17:29:25 阅读: 来源:弧焊机厂家

ESD传递模式

本文引用地址:静电放电强度以电压形式表示,该电压由电容的储能电荷产生,最终传递到IC。作用到IC的电压和电流强度与IC和ESD源之间的阻抗有关。对电荷来源进行评估后建立了ESD测试模型。

ESD测试中一般使用两种充电模式(图1),人体模式(HBM)下将电荷储存在人体内(100pF等效电容),通过人体皮肤放电(1.5kΩ等效电阻)。机器模式(MM)下将电荷储存在金属物体,机器模式中的放电只受内部连接电感的限制。

图1. ESD测试模型

IC内部保护电路

标准保护方案是限制到达IC核心电路的电压和电流。图1所示保护器件包括:

ESD二极管—在信号引脚与电源或地之间提供一个低阻通道,与极性有关。

电源箝位—连接在电源之间,正常供电条件下不汲取电流,出现ESD冲击时呈低阻。

ESD二极管

如果对IC引脚进行HBM测试,测试电路的初始电压是2kV,通过ESD二极管的电流约为1.33A :

图2. ESD二极管的电流和电压(测量数据)

理论上,进行HBM测试时引脚电压受限于二极管压降。大电流会在ESD二极管和引线上产生I-R压降,在信号引脚产生额外的电压,如图2所示。为了确定IC是否能够承受2kV的ESD冲击,需要参考厂商提供的资料。IC的额定电压由最大电压决定,图1中的VESD,这是IC能够承受的一种特定的ESD源。Maxim IC所能承受的ESD指标在可靠性报告中可以查找到。

电源箝位

双极型IC的箝位电路类似于在受保护核电路中提供一个受冲击时击穿的部件,图3给出了图1中箝位功能的详细电路。箝位晶体管的过压导致集电极-基极之间的雪崩电流,发射结的正向偏置会进一步提高集电极电流,导致一个“突变”过程。箝位时的V-I特性曲线如图4所示。

图3. 图1中的箝位电路

图4. V-I箝位特性

箝位二极管在IC其它电路遭到破坏之前导通,箝位管要有足够的承受力,保证ESD电流不会导致二次击穿。2kV HBM测试的箝位过程如图5所示,图5中的电压包括I-R压降和突变稳定后的箝位电压。

图5. 箝位工作过程(测量数据)ESD保护与应用电路

箝位电压从第一次击穿变化到突变稳定后的导通电压,如图5所示。为保证箝位时关闭正常的工作条件,设计的箝位电压一般要略高于IC的绝对最大电压。

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