今天，無處不在的靜電和人們?nèi)粘Ｉ铍x不開的各種電子設(shè)備成為了一對難以解決的矛盾，尤其是當手持電子設(shè)備的輕薄小巧且產(chǎn)品特性及功能不斷增加時，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(shè)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(zhuǎn)換、控制和保護方案。在ESD保護領(lǐng)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(quán)說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)范及標準，又可靠質(zhì)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(shù)，進一步鞏固了其在該領(lǐng)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(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計的挑戰(zhàn)。設(shè)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(zhì)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(zhuǎn)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(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)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(yīng)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(shù)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(jié)構(gòu)形成了多條漏電通道。
TVS技術(shù)是二級管工作原理，受到電擊后，會立即擊穿，然后關(guān)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(quán)形容，TVS好比耍太極，把靜電在幾個納秒內(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(jié)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(jié)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(yīng)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(nèi)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(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(shù)優(yōu)勢開發(fā)了針對USB應(yīng)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(lǐng)先業(yè)界的超小型封裝，性能優(yōu)異，符合各種規(guī)范及標準，可靠性高，具有更長的使用壽命。
面向未來的ESD保護技術(shù)
安森美半導體按照技術(shù)——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(shù)。
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(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(shè)計人員全面了解ESD器件的性能。
總結(jié)
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(zhì)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(shù)、產(chǎn)品和封裝，以滿足便攜式產(chǎn)品設(shè)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。