當IC經受靜電放電時,放電回路的電阻通常都很小,無法限制放電電流。例如將帶靜電的電纜插到電路接口上時,放電回路的電阻幾乎為零,造成高達數十安培的瞬間放電尖峰電流,流入相應的 IC 管腳。瞬間大電流會嚴重損傷 IC ,局部發熱的熱量甚至會融化硅片管芯。ESD 對 IC的損傷還包括內部金屬連接被燒斷,鈍化層受到破壞,晶體管單元被燒壞。
靜電放電還會引起 IC 的死鎖。高電壓可激活這些結構,形成大電流信道,一般是從 VCC 到地。串行接口器件的死鎖電流可高達 1A 。死鎖電流會一直保持,直到器件被斷電。不過到那時, IC 通常早已因過熱而燒毀了。
電路級ESD防護方法
1 穩壓二極管 :利用穩壓二極管的反向擊穿特性可以保護 ESD敏感器件。但是穩壓二極管通常有幾十 pF 的電容,這對于高速信號而言,會引起信號畸變。穩壓二極管對電源上的浪涌也有很好的吸收作用。
2 TVS瞬態抑制二極管:TVS是一種固態二極管,專門用于防止瞬態電壓破壞敏感的半導體器件。與傳統的穩壓二極管相比, TVS二極管 P/N 結面積更大,這一結構上的改進使 TVS 具有更強的高壓承受能力,同時也降低了電壓截止率,因而對于保護手持設備低工作電壓回路的安全具有更好效果。TVS二極管的瞬態功率和瞬態電流性能與結的面積成正比。該二極管的結具有較大的截面積,可以處理閃電和靜電所引起的高瞬態電流。
3 ESD靜電保護管:ESD是一種常用性的過壓、靜電保護元件,保護電子設備中敏感電路免遭靜電破壞。ESD保護管并聯于電路中,當電路正常運作時,ESD保護管處于高阻態,不影響線路正常工作;當電路出現異常過壓并擊穿電壓時,迅速由高阻態轉為低阻態,給予瞬間電流提供阻抗導通路徑,把異常電壓箝制在一個安全的水平,從而保護IC或線路。
4 MOV壓敏電阻:MOV也可以進行有效的瞬時高壓沖擊抑制,此類器件具有非線性電壓 - 電流 ( 阻抗表現 ) 關系,截止電壓可達最初中止電壓的 2 ~ 3倍。這種特性適合用于對電壓不太敏感的線路和器件的靜電或浪涌保護,如電源回路,按鍵輸入端等。
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