提高可靠性的ESD保護考慮

圖2：每個(gè)元件對于正負ESD脈沖的響應

從圖2的屏幕截圖中，硅解決方案(藍色波形)的ESD脈沖鉗位電壓與壓敏電阻器解決方案相比明顯低得多(黑色波形)。安森美半導體的硅器件鉗制ESD脈沖僅高于和低于直流電平(0~5V)，于線(xiàn)路的正脈沖為6.8V，負脈沖為1.6V。壓敏電阻器件沒(méi)有真正的鉗位機制，但從ESD脈沖響應來(lái)看，此技術(shù)的吸收效應比硅器件的鉗位效應更大，逐漸下降到安全電平。這種緩慢的下降可以使脈沖曲線(xiàn)下的面積更大，所以IC的能量更大。通過(guò)壓敏電阻器得到的額外能量比采用硅器件而損壞IC的風(fēng)險更大。

器件的長(cháng)期性能如何？

大多數采用低速線(xiàn)路的應用每天在正常使用中都受到許多ESD脈沖。因此，選擇可以承受許多脈沖而不影響系統性能的保護器件是重要的。為了讓ESD器件不干擾系統功能，它一定不能在正常工作中導通，但是當產(chǎn)生破壞性的ESD脈沖時(shí)會(huì )快速導通。測試元件在正常工作中是否會(huì )干擾系統，必須測試器件在多個(gè)ESD脈沖后的漏電。為了獲得壓敏電阻器性能的總體看法，必須檢測第二家公司的壓敏電阻器。而且，比較時(shí)必須包括為相似應用設計的元件，它們具有0402尺寸，電容超過(guò)50pf，工作電壓在5V和6V之間。兩個(gè)滿(mǎn)足上述要求的元件是安森美半導體的ESD9X5.0ST5G ESD保護器件和Innochip的壓敏電阻器ICVN0505X150。

圖3顯示了終生壽命測試結果，其中按照IEC61000-4-2 8kv接觸輸入在Vr=5V處的漏電測試錄得超過(guò)1,000次ESD脈沖。

圖3：終生壽命測試結果示意圖

壓敏電阻器和TVS解決方案在沒(méi)受到任何ESD脈沖前，開(kāi)始的漏電小(小于0.1uA)。在前10個(gè)脈沖，漏電中有一個(gè)大毛刺讓壓敏電阻器超過(guò)100uA，然后在每個(gè)脈沖中緩慢增大。這是因為壓敏電阻器技術(shù)吸收更多的ESD脈沖，使之隨著(zhù)每次沖擊而質(zhì)量下降。當漏電增加時(shí)，因為正常功能被干擾或電池壽命縮短，提高了系統可靠性故障的風(fēng)險。但是，安森美半導體的硅元件無(wú)需吸收即可鉗制脈沖，因此即使1,000個(gè)脈沖，質(zhì)量也不會(huì )下降，使漏電低于0.1uA。在很多個(gè)沖擊中這種低漏電降低了在產(chǎn)品壽命中出現質(zhì)量問(wèn)題的機會(huì )。

總之，壓敏電阻器和硅ESD保護器件減小了IC在ESD脈沖中的能量。當設計變得越敏感時(shí)，設計人員就必須增加保護器件，以鉗制ESD脈沖到更安全的電平。硅ESD保護器件與壓敏電阻器相比所提供的鉗位電壓更低，而且在受到許多ESD沖擊時(shí)能保持最小的漏電。對于可靠性要求高的設計，硅ESD保護器件將提供最有效的解決方案。