IC的卫士，静电的克星
2007-11-29
作者：余 莲
当今时代，无处不在的静电与人们日常生活所依赖的各种电子设备已成为一对难以解决的矛盾，尤其是当手持电子设备体积缩小而产品特性及功能不断增加时，它们的输入/输出端口也随之增多，导致静电放电ESD（Electro Static Discharge）进入系统并干扰或损坏集成电路(IC)，因此如何进行有效的ESD保护已成为电子设备制造商面对的重要课题。
在4月26日安森美" title="安森美">安森美举行的ESD保护媒体交流会上，安森美半导体" title="安森美半导体">安森美半导体亚太区标准产品部市场营销副总裁麦满权先生从以下几方面对ESD问题进行了分析，并介绍了安森美半导体在ESD保护方面从“插口到插袋TM”的完整解决方案。
ESD问题日趋严重
电子电路的输入/输出连接器为ESD的进入提供了路径。以手机为例，音量键、语音键、智能键、充电器插口、配件连接端口、扬声器、键区、扩音器、SIM卡、电池接头等都可能成为ESD的进入点。当进入的ESD电压足够高时，就会在IC器件的电介质上产生电弧，在门氧化物层烧出显微镜可见的孔洞，造成器件的永久损坏。
ESD保护与CMOS芯片的分离
人们曾经尝试将ESD保护与CMOS芯片集成在一起。但是随着半导体工艺向65nm以下的转移， ESD保护的面积甚至超出了整个芯片的面积。相反，工艺越来越精细，对需要ESD保护的要求就越高。因此，有效的ESD保护已不能完全集成到CMOS芯片中。
此外，对电子设备来说，外部保护器件" title="保护器件">保护器件可以更有效地防止ESD进入电路及电压敏感型元件。强制性ESD抑制标准IEC61000-4-2要求，保护器件应放置在连接器或端口处，以便在ESD进入电路板之前有效抑制ESD事件的发生。
TVS与压敏电阻的比较
传统上一般采用压敏电阻来进行ESD保护，但是它存在体积大、性能差的缺点。而且由于压敏电阻采用的是物理吸收原理，所以每经过一次ESD事件，材料就会受到一定的物理损伤，形成无法恢复的漏电通道；而且，要达到更好的吸收效果，就要使用更多的材料，使其体积增加，进而限制了在今天小型化产品当中的应用。TVS器件利用半导体的钳位原理，只要可以集成在小型封装里，就可以保证其可靠性。
TVS技术基于二级管工作原理，在受到8kV高压电击后，会立即击穿，将能量传递出去，从而不会像压敏电阻一样影响到寿命。而压敏电阻在高压电击20次之后，漏电会越来越严重，因为其物理结构形成了多条漏电通道。
麦先生形象地比喻说：TVS好比耍太极，把静电在几个纳秒内泄掉。
精彩的现场测试
为给在座记者以直观感受，安森美工程师Lon Robinson先生进行了现场测试" title="现场测试">现场测试演示。他利用高频测试电路板提供ESD接触放电脉冲电流和ESD枪测试ESD保护器件的性能，在示波器上显示出真实的钳制电压曲线。TVS器件可以立即将进入的8kV静电钳制到5～6V水平。而压敏电阻的曲线则下降得很缓慢，且无法降到很低的水平。该曲线表明，TVS器件的恢复时间非常短，经过TVS器件泄漏到电路的能量也非常少。从而能够适合在便携式设备中应用。
现场测试还显示出，在正脉冲时，安森美半导体ESD9X5.0ST5G二极管的钳位电压" title="钳位电压">钳位电压比其他产品的钳位电压稍低；但在负脉冲时，安森美半导体的二极管同样能迅速将放电脉冲电压钳制到很低，而其他同类竞争产品的电压则下降很缓慢，几乎多了5倍时间才把电压降下来。事实上，负脉冲条件下的钳位电压同样有意义，因为存在超量电子的表面会进行负充电，同样需要进行ESD保护。
通过麦先生的介绍以及现场测试中安森美ESD解决方案所表现出的理想效果，我们有充分的理由相信，此ESD解决方案将给IC的安全性带来一次革命性的提升，它不愧为IC的卫士，静电的克星！