此外,在工业标准方面,欧共体的IEC 61000-4-2已建立起严格的瞬变冲击抑制标准;电子产品必须符合这一标准之后方能销往欧共体的各个成员国。因此,大多数生产厂家都把IEC 61000-4-2看作是ESD测试的事实标准。

　　然而,也有些人只是把这一测试标准作为更严格测试的标准。对于消费类电子产品使用超过15kV的ESD抑制要求,显然为满足像这样的测试标准,系统设计需要十分谨慎。精益求精的现代电子方法,已不再利用以前经常采用的一般保护设备、开关二极管和火花隙之类的工作原理或方法。

不一定简单

　　保护电子设备免遭损坏并不总是一项简单的任务。关于电路保护元件,存在几种技术。当选择电路保护元件时,设计师必须小心从事。

　　选择不当的保护器件,只能提供出错误的安全概念。电路保护元件的选择应根据所要保护的布线情况、可用的电路板空间以及被保护电路的电特性来决定。除此之外,了解保护元件的特性知识也是非常必要的。

　　需要考虑的重要因素之一是器件的钳位电压。所谓钳位电压是在ESD期间里跨在瞬变电压消除器TVS(Transient Voltage Suppressor)上的电压,它是被保护IC的应变电压。

图1：SC-70封装结构TVS阵列可保护5条线路

因为利用先进工艺技术制造的IC电路里氧化层比较薄,栅极氧化层更易受到损害。这意味着较高的钳位电压将在被保护IC器件上产生较高的应变电压,并且增加了失效的概率。

　　很多保护元件都被设计成可吸收大量的能量,由于元件结构或设计上的原因也导致其具有很高的钳位电压。TVS二极管正是为解决此问题而产生的,它已成为保护便携电子设备的关键性技术。

　　TVS二极管是专门设计用于吸收ESD能量并且保护系统免遭ESD损害的固态元件。如果应用得当,TVS二极管将限制跨在被保护器件上的电压刚好高过额定工作电压,但是却远低于破坏阈值电压。

TVS二极管的应用

　　TVS二极管有各种各样的表面贴装封装结构和适于在便携系统中应用的外形结构,均可用作便携系统的电路保护器件。例如,6引线SOT-23封装的TVS阵列器件,可用于保护高达5条数据和I/O的线路。TVS二极管常常用于笔记本电脑、PDA和其他电路板空间允许的应用领域。但对于像移动电话这类更小的便携产品则显得体积过大,不太适宜。

　　微型SC-70封装的TVS阵列应用很广,它占用小于4.8mm2的电路板面积,断面厚度约为1mm(如图1)。这种器件大约仅需要SOT-23 6L封装器件的一半电路板空间。

　　如今的许多设计,甚至要求更小的电路保护器件,其断面厚度要小于0.8mm。为满足这些高水平的ESD保护的小型器件需求,已开发出倒装芯片 (Flip-chip)或圆片级CSP封装结构的TVS二极管新产品。倒装芯片技术的优点有以下几点：削减了几何尺寸和重量,改善电性能和实现薄断面的厚度。

倒装芯片TVS器件

　　倒装芯片TVS器件是由带有专门表面钝化的硅IC和在该器件的有效边上的焊料球或凸台构成的。焊料-凸台结构对于器件的长期可靠性是非常关键的部分,并且也考虑到要有利于器件的装配。

　　焊料凸台实际上是冶金学系统,它包括有金属焊盘,下面的凸台金属和焊料球。Semtech公司提供的SFC05-4型器件就是这类封装型器件之一。SFC05-4是倒装芯片结构的TVS二极管阵列产品,它被设计成可保护4条数据线或I/O线的器件,而占居电路板空间与同类封装结构的器件相比小70％以上。该SFC05-4封装的几何尺寸为1.5×1.0×0.65mm3,并且具有间距为0.5mm的凸台共计6个(如图2)。

更小型的器件

　　CPS封装结构TVS的设计目标是在不损害钳位电压性能的前提条件下生产出更小型化的器件。利用与SFC05-4相比钳位电压相近的SOT-23 6L封装器件（如Semtech SMS05）可以实现这一设计目标。结果表明,采用CSP封装结构的TVS,即使是在占居空间比上述的这些封装器件小70％的情况下,其钳位电压特性在实际上却是毫无两样的。两种器件对于30A脉冲,都可钳位10V以下。这个电流值与由IEC 61000-4-2标准第4级规定的在8kV ESD脉冲下预期的电流相等。

CSP封装结构的TVS器件性能之所以如此良好,原因在于其芯片有效面积在实际上与大型SOT-23 6L封装的器件总是相等的。事实上,对于以SOT-23 6L封装结构包封等同于4位组TVS阵列的芯片时,其封装与芯片的面积比是10:1的关系,而对于CSP封装结构的TVS器件,封装与芯片的面积比是1:1的关系,一点儿也未浪费封装空间。

低压保护器件

　　随着便携式电子系统转向利用低于5V的工作电压,因此相应地要求采用小型封装的低压保护器件。标准的p-n结技术是不适合低于5V电压工作的器件,因为p-n结本身固有的电特性不佳。

　　显然,对于低电压工作,需要新的器件结构。例如,Semtech公司开发的增强型穿通二极管EPD(Enhanced Punch-through Diode),便是属于这种新器件结构的实例。

　　这种专利工艺(EPD TVS)生产的保护器件具有如下特点：工作电压范围在2.8～3.3V之间,极低的漏电流,高浪涌容量和低的结电容。Semtech公司的SR2.8型器件就是这种类型器件。这种器件设计成以2.8V工作,具有低于5pF的电容,漏电流低于1μA。这些独到的特性使得它适合用于高速低电压应用,如像用于10/100 Ethernet局域网领域。利用这种技术的几种TVS器件,作为封装结构元件已经广泛应用;然而,人们期望在将来倒装芯片的封装产品也将上市。

　　其他的革新器件一般是复合型器件,集成有如下多种电路：TVS二极管和用于线路端接EMI滤波和ESD保护的RC网络。这些复合器件通过削减元件数量节省电压板空间。例如,SC-70型封装的器件,削减了多达8个分立元件之多。这类器件特别适合于用在音频和数据处理设备以及USB端口等领域。

有关ESD保护器件的更多信息可浏览网址：http://www.semtech.com。