[发明专利]用于电过应力和静电放电保护的方法和器件

说明书

本发明涉及用于电过应力和静电放电保护的方法和器件。由沿信号源与负载之间的传输线串联电耦合的串联保护电路保护半导体器件免于电过应力（EOS）和静电放电（ESD）事件。串联保护电路包括串联电耦合在信号源与负载之间的第一场效应晶体管（FET）。并联保护电路电耦合在传输线与接地节点之间。并联保护电路可以包括瞬态电压抑制（TVS）二极管。

要求国内优先权

本申请要求2017年3月28日提交的美国临时申请No. 62/477,959的权益，该申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及半导体器件，并且更具体地涉及保护器件免于电过应力（EOS）和静电放电（ESD）事件的半导体器件和方法。

背景技术

半导体器件常见于现代电子产品中。半导体器件在电气组件的数目和密度方面不同。分立半导体器件一般包含一种类型的电气组件，例如发光二极管（LED）、小型信号晶体管、电阻器、电容器、电感器或功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。集成半导体器件典型地包含数百至数百万个电气组件。集成半导体器件的示例包括微控制器、微处理器、电荷耦合器件（CCD）、太阳能电池和数字微镜器件（DMD）。

半导体器件执行许多种功能，诸如信号处理、高速计算、发射和接收电磁信号、控制电子器件、将阳光变换成电以及针对电视显示器创建视觉投影。半导体器件见于娱乐、通信、功率转换、网络、计算机和消费者产品的领域中。半导体器件还见于军事应用、航空、汽车、工业控制器和办公室装备中。

瞬态电压抑制（TVS）二极管常用于保护半导体器件免于静电放电（ESD）。TVS二极管可以与负载并联耦合，以将瞬态电压尖峰分流远离负载，典型地，分流至地。图1图示了关于具有通用串行总线（USB）端口12的移动器件10的一个示例。数据线14a和地线14b在印刷电路板（PCB）上从USB端口12路由到微处理器（CPU）、USB控制器或其他半导体器件16。数据线14a允许CPU 16与连接到USB端口12的外部器件之间的高速数据传送。地线14b从USB端口12路由到CPU 16，使得外部器件和移动器件10在相同接地电压电位上操作。

TVS二极管20从数据线14a耦合到地线14b，以保护CPU 16免于数据线14a上的电过应力（EOS）和ESD事件。TVS二极管20在针对数据线14a的正常电压电平处近似为开路。然而，当数据线14a的电压电位增加超过TVS二极管的击穿电压时，经过TVS二极管20的电流的电阻基本上减小。来自数据线14a上的ESD或EOS事件的过度电流流经TVS二极管20到地线14b，这有助于将数据线14a处的电压电位保持在针对CPU 16的互连端子的安全电平内。

针对ESD和EOS抑制关于TVS二极管的一个问题是：TVS二极管具有与TVS二极管的电流处置能力成比例的结电容。当用于保护高速数据线时，一般期望低电容以减小结电容对信号完整性的不利影响。一种减小TVS器件的表观电容的方法是在桥配置中集成控向二极管。包括控向二极管的TVS器件具有减小的电容，从而允许TVS器件更好地适于高频数据线，但是那么，由于较低电流处置能力，TVS器件对于EOS保护而言作用受限。低对地电容和高电流浪涌能力依然难以一起实现。

附图说明

图1图示了使用TVS二极管作为并联保护电路；

图2a-2c图示了与TVS二极管组合使用的串联保护电路；

图3图示了串联保护电路作为电压闭锁电路的实现；

图4a和4b图示了作为双向电压闭锁电路的串联保护电路；

图5图示了串联保护电路作为电流闭锁电路的实现；

图6a和6b图示了组合使用以保护高速数据线的串联保护电路和TVS二极管；以及

图7a和7b图示了单片封装中的串联保护电路和TVS二极管。

具体实施方式