今天，無處不在的靜電和人們日常生活離不開的各種電子設備成為了一對難以解決的矛盾，尤其是當手持電子設備的輕薄小巧且產(chǎn)品特性及功能不斷增加時，它們的輸入/輸出端口也隨之增多，導致靜電放電（ESD）進入系統(tǒng)并干擾或損壞集成電路（IC），因此如何進行有效的ESD保護已成為電子設備制造商面對的重要課題。
安森美半導體提供從“插口到插袋TM”的完整解決方案，包括電源轉換、控制和保護方案。在ESD保護領域，安森美半導體亞太區(qū)標準產(chǎn)品部市場營銷副總裁麥滿權說該公司以超小封裝領先業(yè)界，且性能優(yōu)異，符合各種規(guī)范及標準，又可靠質優(yōu)，具備更長的使用壽命。該公司并不斷研發(fā)，開發(fā)了許多先進的工藝技術，進一步鞏固了其在該領域的優(yōu)勢地位。
ESD問題無處不在
ESD經(jīng)常發(fā)生，影響到所有手持設備。必須對IC加以保護，因為其中大多數(shù)無法承受高于2 kV的ESD。安森美半導體的ESD保護器件以最快的響應時間和最低的鉗位電壓鉗制IEC 61000-4-2 ESD抑制標準的8千伏（kV）脈沖。
以往，由于電子設備的體積沒有那么小，所使用的IC器件也比現(xiàn)在要大很多，所以ESD似乎還不是一個問題。因為器件越大電容也越大，它們可以容納每伏（V）更多的電荷，因此與較小的器件相比，對ESD的敏感性更低。而當電子設備的體積越來越小，功能越來越多，電路越來越精密，使用的半導體工藝到了亞微米以下的時候，IC設計對ESD更加敏感，就更容易受到ESD的損壞，ESD也就成了一個設計的挑戰(zhàn)。設計人員須使IC盡可能提供最有效的ESD保護，而又要為額外的保護元件減少電路板空間。
電子電路的輸入/輸出連接器為ESD的進入提供了路徑。以手機為例，音量鍵、語音鍵、智能鍵、充電器插口、配件連接端口、揚聲器、鍵區(qū)、擴音器、SIM卡、電池接頭等都可能成為ESD的進入點，使之輕松達到電路及電壓敏感型元件。
當進入的ESD電壓足夠高時，就會在IC器件的電介質上產(chǎn)生電弧，在門氧化物層燒出顯微鏡可見的孔洞，造成器件的永久損壞。
ESD保護與CMOS芯片的分離
人們曾經(jīng)嘗試將ESD保護與CMOS芯片集成在一起，這樣的方法不是不可以。但是隨著半導體工藝向65 nm以下的轉移，原來在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）的ESD保護的面積已經(jīng)無法容納于現(xiàn)在只有幾個納米的芯片之中了。在65 nm工藝下，ESD保護的面積甚至超出了整個芯片的面積。相反，工藝越來越精細，對需要ESD保護的要求就越高。因此，有效的ESD保護已不能完全集成到CMOS芯片當中了。
此外，對電子設備來說，外部保護器件可以更有效地防止ESD輕松進入電路及電壓敏感型元件。強制性ESD抑制標準IEC61000-4-2要求，保護器件應放置在連接器或端口處，以便在ESD進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，電子設備廠商是使用壓敏電阻來進行ESD保護，但是它存在體積大、性能不好的缺點。在封裝方面，安森美半導體的超微型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。安森美半導體的ESD器件具有更好的鉗制性能、更低的泄漏和更長的使用壽命。
利用高頻測試電路板提供ESD接觸放電脈沖電流和ESD槍測試ESD保護器件的性能，可以在示波器上看到如圖1所示的真實的鉗制電壓曲線。TVS器件可以立即將進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，而且無法降到很低的水平。該曲線表明，TVS器件的恢復時間非常短，經(jīng)過TVS器件泄漏到后面電路的能量也非常少。對便攜式設備來說，進入的能量越少越好。
由于壓敏電阻采用的是物理吸收原理，所以每經(jīng)過一次ESD事件，材料就會受到一定的物理損傷，形成無法恢復的漏電通道；而且，要達到更好的吸收效果，就要使用更多的材料，使其體積增加，進而限制了在今天小型化產(chǎn)品當中的應用。TVS器件利用的是半導體的鉗位原理，只要可以集成在小型封裝里，就可以保證其可靠性。
TVS技術在受到8 kV高壓電擊后，會將能量傳遞出去，從而不會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，漏電會越來越嚴重。因為其物理結構形成了多條漏電通道。
TVS技術是二級管工作原理，受到電擊后，會立即擊穿，然后關閉。對器件沒有損傷，因此可以說沒有壽命限制。
對開發(fā)產(chǎn)品的工程師來說，通過符合IEC 61000-4-2標準的+8 kV接觸放電鉗制電壓來測量TVS器件的性能，有助于削弱過壓事件的危害。低鉗位電壓意味著可對IC提供更好的保護。安森美半導體麥滿權形容，TVS好比耍太極，把靜電在幾個納秒內泄掉。
同類產(chǎn)品ESD鉗位的比較
同樣利用上述方法測量安森美半導體和其他同類競爭產(chǎn)品的鉗位電壓，可以看到如圖2所示的結果，在正脈沖時，安森美半導體ESD9X5.0ST5G二極管的鉗位電壓比其他產(chǎn)品的稍低；但在負脈沖時，安森美半導體的二極管鉗位電壓同樣很低，不過其他同類競爭產(chǎn)品的電壓則下降很緩慢，幾乎多了5倍時間才把電壓下來。如上所述，負脈沖條件下的鉗位電壓同樣有意義，因為存在超量電子的表面會進行負充電，同樣需要進行ESD保護。
測試結果表明，與競爭產(chǎn)品相比，安森美半導體ESD9X二極管在正負ESD脈沖鉗位性能方面均更加優(yōu)異，尤其是負ESD脈沖鉗位性能更高。
針對USB應用的ESD保護解決方案
2006年年底，中國信息產(chǎn)業(yè)部宣布在中國國內銷售的手機充電器將統(tǒng)一采用USB接口標準。廠商必須為銷售的手機提供USB（A類）接口，以便于進行電池充電和數(shù)據(jù)傳輸。此外，還規(guī)定手機制造商可對手機本身的接口設置保留靈活性，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。由于手機的ESD保護越來越重要，系統(tǒng)的標準化為ESD保護市場帶來了巨大的機會。
為此，安森美半導體利用自己的技術優(yōu)勢開發(fā)了針對USB應用的ESD保護解決方案，能夠有效地通過低電容TVS保護全速/高速USB接口，如下表所示。
這些ESD保護解決方案采用領先業(yè)界的超小型封裝，性能優(yōu)異，符合各種規(guī)范及標準，可靠性高，具有更長的使用壽命。
面向未來的ESD保護技術
安森美半導體按照技術——TVS電容與傳輸速率——將ESD保護市場劃分為三個：第一是標準ESD保護，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，TVS電容在1000 pF至100 pF；第二是高速ESD保護，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；第三個是超高速ESD保護，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。
在第一個市場標準ESD保護方面，安森美半導體有ESD5Z5.0、ESD9X5.0S、NZL6V8AXV3、µESD3.3D等通用產(chǎn)品。第二個市場高速ESD保護有剛剛推出的ESD9C5.0S和ESD7C5.0D，TVS電容僅為6 pF；還有可滿足音頻線路、揚聲器和麥克風需要的雙向ESD保護器件ESD5B5.0S和ESD9B5.0S。
第三個是有待開發(fā)的市場，安森美半導體采用了創(chuàng)新的技術研制出了更小電容值的產(chǎn)品，可滿足超高速應用的ESD保護要求，不僅效果更好，而且可保證信號損失極小，因此可以為高清電視等講究信號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，半導體廠商的數(shù)據(jù)表中只給出了ESD保護器件的參數(shù)，并沒有顯示上述測試的曲線，因此僅通過閱讀數(shù)據(jù)表并不能完全了解同類器件真正的差別。安森美半導體計劃將該曲線加在新產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表中，以幫助設計人員全面了解ESD器件的性能。
總結
安森美半導體的ESD保護產(chǎn)品都會進行嚴格的上千次的測試，從而確保其能夠承受高壓沖擊，確保性能優(yōu)異，質量可靠，具有更長的使用壽命。安森美半導體并不斷研發(fā)，開發(fā)各種先進的技術、產(chǎn)品和封裝，以滿足便攜式產(chǎn)品設計的更進一步的需求，例如有的客戶的需求已超越了IEC 61000-4-2標準的8 kV輸入脈沖，而要求達12 kV到18 kV的硅ESD保護解決方案。