今天，無(wú)處不在的靜電和人們?nèi)粘Ｉ铍x不開(kāi)的各種電子設(shè)備成為了一對(duì)難以解決的矛盾，尤其是當(dāng)手持電子設(shè)備的輕薄小巧且產(chǎn)品特性及功能不斷增加時(shí)，它們的輸入/輸出端口也隨之增多，導(dǎo)致靜電放電（ESD）進(jìn)入系統(tǒng)并干擾或損壞集成電路（IC），因此如何進(jìn)行有效的ESD保護(hù)已成為電子設(shè)備制造商面對(duì)的重要課題。

　　安森美半導(dǎo)體提供從“插口到插袋TM”的完整解決方案，包括電源轉(zhuǎn)換、控制和保護(hù)方案。在ESD保護(hù)領(lǐng)域，安森美半導(dǎo)體亞太區(qū)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品部市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁麥滿權(quán)說(shuō)該公司以超小封裝領(lǐng)先業(yè)界，且性能優(yōu)異，符合各種規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，又可靠質(zhì)優(yōu)，具備更長(zhǎng)的使用壽命。該公司并不斷研發(fā)，開(kāi)發(fā)了許多先進(jìn)的工藝技術(shù)，進(jìn)一步鞏固了其在該領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位。

　　ESD問(wèn)題無(wú)處不在

　　ESD經(jīng)常發(fā)生，影響到所有手持設(shè)備。必須對(duì)IC加以保護(hù)，因?yàn)槠渲写蠖鄶?shù)無(wú)法承受高于2 kV的ESD。安森美半導(dǎo)體的ESD保護(hù)器件以最快的響應(yīng)時(shí)間和最低的鉗位電壓鉗制IEC 61000-4-2 ESD抑制標(biāo)準(zhǔn)的8千伏（kV）脈沖。

　　以往，由于電子設(shè)備的體積沒(méi)有那么小，所使用的IC器件也比現(xiàn)在要大很多，所以ESD似乎還不是一個(gè)問(wèn)題。因?yàn)槠骷酱箅娙菀苍酱螅鼈兛梢匀菁{每伏（V）更多的電荷，因此與較小的器件相比，對(duì)ESD的敏感性更低。而當(dāng)電子設(shè)備的體積越來(lái)越小，功能越來(lái)越多，電路越來(lái)越精密，使用的半導(dǎo)體工藝到了亞微米以下的時(shí)候，IC設(shè)計(jì)對(duì)ESD更加敏感，就更容易受到ESD的損壞，ESD也就成了一個(gè)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)人員須使IC盡可能提供最有效的ESD保護(hù)，而又要為額外的保護(hù)元件減少電路板空間。

　　電子電路的輸入/輸出連接器為ESD的進(jìn)入提供了路徑。以手機(jī)為例，音量鍵、語(yǔ)音鍵、智能鍵、充電器插口、配件連接端口、揚(yáng)聲器、鍵區(qū)、擴(kuò)音器、SIM卡、電池接頭等都可能成為ESD的進(jìn)入點(diǎn)，使之輕松達(dá)到電路及電壓敏感型元件。

　　當(dāng)進(jìn)入的ESD電壓足夠高時(shí)，就會(huì)在IC器件的電介質(zhì)上產(chǎn)生電弧，在門(mén)氧化物層燒出顯微鏡可見(jiàn)的孔洞，造成器件的永久損壞。

　　ESD保護(hù)與CMOS芯片的分離

　　人們?cè)?jīng)嘗試將ESD保護(hù)與CMOS芯片集成在一起，這樣的方法不是不可以。但是隨著半導(dǎo)體工藝向65 nm以下的轉(zhuǎn)移，原來(lái)在1.5 μm工藝的芯片面積上只占幾十分之一（獲得2 kV ESD保護(hù)）的ESD保護(hù)的面積已經(jīng)無(wú)法容納于現(xiàn)在只有幾個(gè)納米的芯片之中了。在65 nm工藝下，ESD保護(hù)的面積甚至超出了整個(gè)芯片的面積。相反，工藝越來(lái)越精細(xì)，對(duì)需要ESD保護(hù)的要求就越高。因此，有效的ESD保護(hù)已不能完全集成到CMOS芯片當(dāng)中了。

　　此外，對(duì)電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，外部保護(hù)器件可以更有效地防止ESD輕松進(jìn)入電路及電壓敏感型元件。強(qiáng)制性ESD抑制標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-2要求，保護(hù)器件應(yīng)放置在連接器或端口處，以便在ESD進(jìn)入電路板之前有效抑制ESD事件的發(fā)生。

　　TVS與壓敏電阻的比較

　　傳統(tǒng)上，電子設(shè)備廠商是使用壓敏電阻來(lái)進(jìn)行ESD保護(hù)，但是它存在體積大、性能不好的缺點(diǎn)。在封裝方面，安森美半導(dǎo)體的超微型ESD器件與0402多層壓敏電阻相比，SOD-923 TVS的建議焊接面積為0.54 mm2，SOD-723 TVS為0.7 mm2，而0402壓敏電阻為0.9 mm2。在截面高度上，SOD-923 TVS為0.4 mm，SOD-723 TVS為0.5 mm，0402壓敏電阻則為0.9 mm。

　　更重要的是，TVS與壓敏電阻的性能不可同日而語(yǔ)。安森美半導(dǎo)體的ESD器件具有更好的鉗制性能、更低的泄漏和更長(zhǎng)的使用壽命。

　　利用高頻測(cè)試電路板提供ESD接觸放電脈沖電流和ESD槍測(cè)試ESD保護(hù)器件的性能，可以在示波器上看到如圖1所示的真實(shí)的鉗制電壓曲線。TVS器件可以立即將進(jìn)入的電壓壓到很低的水平，從8 kV靜電很快鉗制到5-6 V水平；但壓敏電阻的曲線則下降得很緩慢，而且無(wú)法降到很低的水平。該曲線表明，TVS器件的恢復(fù)時(shí)間非常短，經(jīng)過(guò)TVS器件泄漏到后面電路的能量也非常少。對(duì)便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)，進(jìn)入的能量越少越好。

　　由于壓敏電阻采用的是物理吸收原理，所以每經(jīng)過(guò)一次ESD事件，材料就會(huì)受到一定的物理?yè)p傷，形成無(wú)法恢復(fù)的漏電通道；而且，要達(dá)到更好的吸收效果，就要使用更多的材料，使其體積增加，進(jìn)而限制了在今天小型化產(chǎn)品當(dāng)中的應(yīng)用。TVS器件利用的是半導(dǎo)體的鉗位原理，只要可以集成在小型封裝里，就可以保證其可靠性。

　　TVS技術(shù)在受到8 kV高壓電擊后，會(huì)將能量傳遞出去，從而不會(huì)像壓敏電阻一樣影響到壽命。壓敏電阻在高壓電擊20次之后，漏電會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。因?yàn)槠湮锢斫Y(jié)構(gòu)形成了多條漏電通道。

　　TVS技術(shù)是二級(jí)管工作原理，受到電擊后，會(huì)立即擊穿，然后關(guān)閉。對(duì)器件沒(méi)有損傷，因此可以說(shuō)沒(méi)有壽命限制。

　　對(duì)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的工程師來(lái)說(shuō)，通過(guò)符合IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)的+8 kV接觸放電鉗制電壓來(lái)測(cè)量TVS器件的性能，有助于削弱過(guò)壓事件的危害。低鉗位電壓意味著可對(duì)IC提供更好的保護(hù)。安森美半導(dǎo)體麥滿權(quán)形容，TVS好比耍太極，把靜電在幾個(gè)納秒內(nèi)泄掉。

　　同類產(chǎn)品ESD鉗位的比較

　　同樣利用上述方法測(cè)量安森美半導(dǎo)體和其他同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的鉗位電壓，可以看到如圖2所示的結(jié)果，在正脈沖時(shí)，安森美半導(dǎo)體ESD9X5.0ST5G二極管的鉗位電壓比其他產(chǎn)品的稍低；但在負(fù)脈沖時(shí)，安森美半導(dǎo)體的二極管鉗位電壓同樣很低，不過(guò)其他同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的電壓則下降很緩慢，幾乎多了5倍時(shí)間才把電壓下來(lái)。如上所述，負(fù)脈沖條件下的鉗位電壓同樣有意義，因?yàn)榇嬖诔侩娮拥谋砻鏁?huì)進(jìn)行負(fù)充電，同樣需要進(jìn)行ESD保護(hù)。

　　測(cè)試結(jié)果表明，與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品相比，安森美半導(dǎo)體ESD9X二極管在正負(fù)ESD脈沖鉗位性能方面均更加優(yōu)異，尤其是負(fù)ESD脈沖鉗位性能更高。

　　針對(duì)USB應(yīng)用的ESD保護(hù)解決方案

　　2006年年底，中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部宣布在中國(guó)國(guó)內(nèi)銷售的手機(jī)充電器將統(tǒng)一采用USB接口標(biāo)準(zhǔn)。廠商必須為銷售的手機(jī)提供USB（A類）接口，以便于進(jìn)行電池充電和數(shù)據(jù)傳輸。此外，還規(guī)定手機(jī)制造商可對(duì)手機(jī)本身的接口設(shè)置保留靈活性，但如果接口不是USB接口，廠商需提供適配器線纜以便連接USB接口。由于手機(jī)的ESD保護(hù)越來(lái)越重要，系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化為ESD保護(hù)市場(chǎng)帶來(lái)了巨大的機(jī)會(huì)。

　　為此，安森美半導(dǎo)體利用自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)了針對(duì)USB應(yīng)用的ESD保護(hù)解決方案，能夠有效地通過(guò)低電容TVS保護(hù)全速/高速USB接口，如下表所示。

　　這些ESD保護(hù)解決方案采用領(lǐng)先業(yè)界的超小型封裝，性能優(yōu)異，符合各種規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，可靠性高，具有更長(zhǎng)的使用壽命。

　　面向未來(lái)的ESD保護(hù)技術(shù)

　　安森美半導(dǎo)體按照技術(shù)——TVS電容與傳輸速率——將ESD保護(hù)市場(chǎng)劃分為三個(gè)：第一是標(biāo)準(zhǔn)ESD保護(hù)，滿足大功率（高于100瓦），最低鉗制電壓，適用于鍵區(qū)、按鈕、電池接頭、充電器插口、旁鍵等的保護(hù)，TVS電容在1000 pF至100 pF；第二是高速ESD保護(hù)，數(shù)據(jù)傳輸率要求更快，低電容，包括USB1.1、USB2.0FS、FM天線、SIM卡、音頻線路等，TVS電容在35 pF至2.5 pF；第三個(gè)是超高速ESD保護(hù)，如USB2.0HS、HDMI、RF天線等，TVS電容在1 pF以下，電容值與鉗位相反，不可用傳統(tǒng)TVS技術(shù)。

　　在第一個(gè)市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)ESD保護(hù)方面，安森美半導(dǎo)體有ESD5Z5.0、ESD9X5.0S、NZL6V8AXV3、µESD3.3D等通用產(chǎn)品。第二個(gè)市場(chǎng)高速ESD保護(hù)有剛剛推出的ESD9C5.0S和ESD7C5.0D，TVS電容僅為6 pF；還有可滿足音頻線路、揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)需要的雙向ESD保護(hù)器件ESD5B5.0S和ESD9B5.0S。

　　第三個(gè)是有待開(kāi)發(fā)的市場(chǎng)，安森美半導(dǎo)體采用了創(chuàng)新的技術(shù)研制出了更小電容值的產(chǎn)品，可滿足超高速應(yīng)用的ESD保護(hù)要求，不僅效果更好，而且可保證信號(hào)損失極小，因此可以為高清電視等講究信號(hào)損耗很低的新興電子產(chǎn)品提供完整的解決方案。

　　值得注意的是，半導(dǎo)體廠商的數(shù)據(jù)表中只給出了ESD保護(hù)器件的參數(shù)，并沒(méi)有顯示上述測(cè)試的曲線，因此僅通過(guò)閱讀數(shù)據(jù)表并不能完全了解同類器件真正的差別。安森美半導(dǎo)體計(jì)劃將該曲線加在新產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表中，以幫助設(shè)計(jì)人員全面了解ESD器件的性能。

　　總結(jié)

　　安森美半導(dǎo)體的ESD保護(hù)產(chǎn)品都會(huì)進(jìn)行嚴(yán)格的上千次的測(cè)試，從而確保其能夠承受高壓沖擊，確保性能優(yōu)異，質(zhì)量可靠，具有更長(zhǎng)的使用壽命。安森美半導(dǎo)體并不斷研發(fā)，開(kāi)發(fā)各種先進(jìn)的技術(shù)、產(chǎn)品和封裝，以滿足便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)的更進(jìn)一步的需求，例如有的客戶的需求已超越了IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)的8 kV輸入脈沖，而要求達(dá)12 kV到18 kV的硅ESD保護(hù)解決方案。