ESD保护器件概述

ESD

ESD脉冲、电源瞬变、浪涌等现象是损坏芯片的主要原因。NXP提供一个新系列的ESD保护二极管, 非常适用于对抗ESD及其他电压突变脉冲。这些器件最多可以保护18个数据通道，最大可抵抗30kV的尖峰脉冲. 其引脚容抗仅为10pF，非常适合保护高速或高频（可达200MHz以上）数据线，由于他们的小体积及非常小的漏电流，他们非常适用于一些对空间及功耗要 求严格的场合，如电池供电及手持设备。

PSED3V3L2UM及PESD5V0L2UM为市场中最先推出的无引脚封装的ESD保护器件, 超小的SOT883封装, 支持15kV的保护级别, 1.0mm x 0.6mm x 0.5mm体积使其支持更高的保护级别, 体积相比SOT23缩小了90%。

主要特性

1.出色的ESD保护特性

2.极低容抗

3.超快的响应速度(<1ns)

4.低钳位电压

5.超低漏电流

6.极小封装

7.IEC 61000-4-2,level 4 认证(> 15 kV 非接触放电, > 8 kV 接触放电)

8.HBM MIL-Std 883, class 3认证(> 4 kV)

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常见ESD保护元件分类

来自美国的ESD保护专家Robert Ashton博士说，一般而言，ESD保护元件的分类可以通过其保护策略与方向性来进行，主要包括压敏电阻、聚合物和瞬态电压抑 制器(TVS)等，如表1所示。在这几种保护元件中，压敏电阻在低电压时，呈现出高电阻，其中的每个小型二极管两端的电压都相当低，同时电流也相当小； 而在较高电压时，其中的独立二极管开始导通，同时压敏电阻的电阻会下降。从表1中我们也可以看出压敏电阻为双向保护元件。而对于带导电粒子的聚合物而言， 在正常电压下，这些材料拥有相当高的电阻，但当发生ESD冲击时，导电粒子间的小间隙会成为突波音隙阵列，从而带来低电阻路径。

瞬态电压抑制器(TVS)则为采用标准与齐纳二极管特性设计的硅芯片 元件。TVS元件主要针对能够以低动态电阻承载大电流的要求进行优化，由于TVS元件通常采用集成电路(IC)方式生产，因此我们可以看到各种各样的单 向、双向及以阵列方式排列的单芯片产品。

利用屏幕截图和TLP进行ESD保护元件的大电流性能鉴定

Ashton博士说在正常工作条件下，ESD保护元件应该保持在不动 作状态，同时不会对电子系统的功能造成任何影响，这可以通过维持低电流以及足以在特定数据传输速率下维持数据完整性的低电容值来达成。而在ESD应力冲击 或者说大电流冲击条件下，ESD保护元件的第一个要求就是必须能够正常工作，要有够低的电阻以便能够限制受保护点的电压；其次，必须能够快速动作，这样才 能使上升时间低于纳秒的ESD冲击上升时间。

众所周知，对于电子系统而言，它必须能够在IEC 61000-4-2标准测试条件下存续。虽然大部分的ESD保护元件都宣称能够承受IEC 61000-4-2所指定的应力冲击等级，如8 kV或第四级(Class 4)，但业界却没有公认的ESD保护元件大电流抑制特性测试的合格标准。对此，安森美半导体给出了自己的定义，也就是在±10 kV应力电压 (高于8 kV)测试下，被测器件仍然符合其数据表规范，且器件特性没有显著变化。不过，要比较不同ESD保护元件的大电流抑制特性，还需要对其进行测试鉴定。而通 过对不同ESD保护元件施加大电流冲击所产生的波形的屏幕截图对比，是重要的第一步。

半导体的TVS元 件可以迅速将ESD应力降低，即从8 kV静电电压钳位到5至6 V的水平；但压敏电阻的曲线则下降得很慢，而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器件泄漏到后面电路的能量也非常 少，特别适合于便携式设备的应用。