雙極性集成電路的ＥＳＤ保護

摘要：描述IC的ESD保護方案；

關鍵詞：ESD保護；雙極集成電路

概述

集成電路需要抗靜電保護電路，一些保護電路是內置的，一些保護措施則來自具體的應用電路。為了正確保護IC，需要考慮以下內容：

·對IC造成ESD的傳遞模式

·IC內部的ESD保護電路

·應用電路與IC內部ESD保護的相互配合

·修改應用電路提高IC的ESD保護能力

IC內部的ESD保護可以阻止傳遞到芯片內部敏感電路的較高能量，內部鉗位二極管用于保護IC免受過壓沖擊。應用電路的外部去耦電容可將ESD電壓限制在安全水平。然而，小容量的去耦電容可能影響IC的保護電路。如果使用小去耦電容，通常需要外部ESD電壓鉗位二極管。

ESD傳遞模式

ESD電平用電壓描述，這個電壓源于與IC相連的電容上的儲存電荷。一般不會考慮有上千伏的電壓作用于IC。為了評估傳遞給IC的能量，需要一個模擬放電模型的測試裝置。

ESD測試中一般使用兩種充電模式，人體模式(HBM)下將電荷儲存在人體模型(100pF等效電容)中，通過人體皮膚放電(1.5kΩ等效電阻)。機器模式(MM)下將電荷儲存在金屬物體，機器模式中的放電只受內部連接電感的限制。

以下概念對于評估集成電路內部的ESD傳遞非常有用：

1、對于高于標稱電源的電壓來說，IC阻抗較低。

I_ESD=V_ESD/Z Z_HBM=1.5Ω

2、在機器模式下，電流受特征阻抗(約50Ω)的限制。

Z_MM=V/I=L/C₀

低阻能量損耗：

E=1/2C₀×V2和E=1/2L×I2

3、如果ESD電流主要流入電源去耦電容，施加到IC的電壓由固定電荷量決定：

Q=c×V和Q_Finat=Q_Initial

V1(C0+C1)=V_ESD×CO

4、能夠在瞬間導致IC損壞的能量相當于微焦級，有外部去耦電容時，這一考慮非常重要：

E=1/2C1×V1₂

5、耗散功率會產生一定熱量，假設能量經過一段較長的時間釋放掉，隨之降低熱量。

P=E/t

ESD能量傳遞到低阻時可以考慮其電流(點1和2)；對于高阻而言，能量以電壓形式傳遞，為IC的去耦電容充電(3)。對IC造成損壞的典型能量是在不到一個毫秒的時間內將微焦級能量釋放到IC(4和5)。

IC內部保護電路

標準保護方案是限制到達IC核心電路的電壓和電流。圖1所示保護器件包括：

·ESD二極管：在引腳與電源之間提供一個低阻通道。

·電源鉗位：連接在電源之間，正常供電條件下不汲取電流，出現ESD沖擊時呈低阻。