利用HFTA-16.0建立雙極型集成電路的ESD保護

圖6. 能量和電壓與電源耦合電容的關(guān)系

被保護引腳電容上的能量如圖6所示，對小的去耦電容，箝位二極管通過(guò)進(jìn)入突變穩定模式限制電壓(V1)。突變穩定后的電壓所產(chǎn)生的能量近似地隨著(zhù)電容的增大而成比例增大。電源去耦電容增大到一定程度后，電荷傳輸不會(huì )產(chǎn)生導致箝位電路擊穿的電壓。

箝位電壓高于IC所能承受的電壓(典型值6V)，低于二極管的擊穿電壓(約10V)時(shí)，對于存在去耦電容的情況，因為電容儲能可能導致某些問(wèn)題。如果IC在沒(méi)有外部電路的情況下進(jìn)行測試，引腳上作用10V電壓是可以接受的，對器件不會(huì )構成威脅。

改善ESD保護

合理選擇去耦電容的大小有助于在電路中提高IC的保護，降低電容儲能，使ESD電荷不會(huì )產(chǎn)生擊穿箝位電路的電壓。

對于小尺寸高速雙極型IC，HBM測試中吸收的最大能量是1μJ；2kV人體模式下，如果電容小于0.02μF (圖6)， 箝位二極管會(huì )產(chǎn)生動(dòng)作。為了使去耦電容的能量低于1μJ，去耦電容有兩種選擇：要么容值大于0.05μF，要么小于0.005μF。當使用更高的測試電壓時(shí)，要按比例增大0.05μF電容的尺寸。

結論

IC及其周邊元件需要承受突破應用電路鏡電防護層的ESD能量，電源的去耦電容可能是降低作用到IC上的ESD強度的一條低成本解決途徑，諸多設計因素會(huì )影響ESD性能，具體可以歸納為：

1.確定應用場(chǎng)合的測試電壓(VESD)，典型值為2kV的HBM或100V MM模式。

2.檢查IC的可靠性報告，確認二極管、鉗位二極管和傳導路徑適合的測試電壓。Maxim的可靠性報告中提供了IC的相關(guān)信息。

3.當使用外部電容，如電源濾波電容(C1)時(shí)，需檢查其產(chǎn)生的電壓，這個(gè)電壓最終作用到IC上。

4.如果出現ESD沖擊時(shí)，電壓介于IC的最大額定電壓(典型值為6V)與擊穿電壓(典型值在8V至10V)，可以考慮使用較大尺寸的電容來(lái)替代電源濾波的方案。