带有改良型箝位电压的瞬态电压抑制器（ＴＶＳ）制造技术

本发明专利技术提出了一种集成电路（ＩＣ）构成的电子器件，其中该电子器件还包括一个瞬态电压抑制（ＴＶＳ）电路，用于抑制瞬态电压。瞬态电压抑制（ＴＶＳ）电路含有一个连接在接地端和节点之间的齐纳二极管，以便触发快速跳回电路。在一个实施例中，该节点可以是Ｖｃｃ端。ＴＶＳ器件还包括一个快速跳回电路，与齐纳二极管并联，一旦开启所述的快速跳回电路，就开始传导带有快速跳回电流－电压（Ｉ－Ｖ）特性的瞬态电压电流。而且，ＴＶＳ器件还包括一个快速跳回抑制电路，与快速跳回电路串联，传导带有补偿快速跳回－ＩＶ特性的Ｉ－Ｖ特性电流，以便箝位快速跳回电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种瞬态电压抑制器(TVS)的电路结构和制备方法。更确切地 说，本专利技术涉及一种带有改良型箝位电压的瞬态电压抑制器(TVS)的改良电路结构和制备 方法。
技术介绍
瞬态电压抑制器(TVS)通常用于保护集成电路免受因集成电路上突发的过电压 带来的损害。集成电路是在电压的正常范围内设计的。然而，一些意外的、不可控的高压现 象，例如静电放电(ESD)、电学快速瞬变以及二次雷电等，可能会对电路产生突然袭击。瞬态 电压抑制器就用于保护电路，当这些过电压现象发生时，设法规避对集成电路可能造成的 损害。随着带有易受过电压损害的集成电路器件的增加，对于瞬态电压抑制器保护的需求 也日益增加。典型地应用瞬态电压抑制器的器件包括USB电源和数据线保护、视频界面、 高速以太网、笔记本电脑、监视器以及平板显示器等。图IA-I表示一种通常使用的、典型的双沟道瞬态电压抑制器阵列10。两对控向二 极管，即二极管15-H和15-L、以及20-H和20-L分别用于两个输入/输出端子(I/Os) 1/0-1 和1/0-2。此外，尺寸较大的齐纳二极管，即主二极管30，作为雪崩二极管，从高压端即Vcc 端，接到接地电压端即Gnd端。当其中一个I/O垫突然遭遇正电压时，高端二极管15-H和 20-H会提供正向偏压，通过大Vcc-Gnd二极管即齐纳二极管30进行箝位。控向二极管15-H 和15-L、以及20-H和20-L的设计尺寸很小，有助于降低I/O电容，从而减小高速线路(例 如高速以太网应用)中的介入损耗。图1A-2表示在如图IA-I所示的瞬态电压抑制器10的 Vcc和接地电压之间，反向电流Ik与反向闭锁电SVk特性的关系。如图1A-2所示的反向电 流Ik流经齐纳二极管，也就是在Vcc和GND之间。此处假设每个控向二极管的反向击穿电 压高于齐纳二极管的反向击穿电压。但应注意，当Vcc到Gnd垫的电压等于或大于控向二极 管的反向电压之和时，在高电流下，电流还会流经所有的两个串联控向二极管电路。由于与 双极结型晶体管(BJT)或可控硅整流器(SCR)相比，齐纳二极管单位面积上的电阻较高，因 此控向二极管在反转状态下会变得高低不平，双极结型二极管这实际上不利于在较高的电 流下工作。对于可控硅整流器+双极结型晶体管的情况下，当电流较高时，齐纳箝位电压较 低，因此控向二极管电路不会导通。Vcc-Gnd 二极管30以及控向二极管15和20的击穿电 压，会高于工作电压(Vm)，因此这些二极管仅在电压瞬变的时候开启。Vcc-Gnd箝位二极管 的问题在于，这些二极管在反转模式下的特点是具有高阻抗，需要很大的区域以降低阻抗。 如图1A-2所示，高阻抗会导致高电流时击穿电压升高。然而其实并不需要高击穿电压，因 为高击穿电压不仅会使上述控向二极管击穿，还会对瞬态电压抑制器设备要保护的电路造 成损害。当使用这种瞬态电压抑制器电路时，对二极管大尺寸的需求限制了器件的进一步 小型化。集成电路中常用的避免此项不利条件的方法是，如图IB-I所示，利用齐纳触发的 NPN作为箝位设备。图IB-I中的瞬态电压抑制器电路50是由一个NPN双极晶体管55构成，与齐纳二极管60并联，作为一个齐纳触发的NPN双极瞬态电压抑制器设备。图1B-2表 示齐纳触发的NPN 二极管设备的电流电压(IV)图。图1B-2说明，当NPN55的集电极电压 达到齐纳二极管60的击穿电压时，NPN双极开启，并迅速跳回所谓的BVceo较低的电压，或 者保持在基极开启时BVceo所允许的集电极到发射极的击穿电压。但是，在一个带有瞬态 电压抑制器电路的设备中，我们并不希望发生快速跳回现象，快速跳回会导致反向电压突 然降低，这种负阻抗经常会引起电路振荡，甚至掉入瞬态电压抑制器电路应保护的器件的 工作电压范围，这更是不允许的。为了解决快速跳回的难题，本申请的共同专利技术人于2009年5月15日提交的美国 专利申请12/454，333，作为本申请的部分连续申请案。本专利申请特此引用该申请的说 明文件以作参考。美国专利申请12/454，333中所述的瞬态电压抑制器电路带有一个可控 硅整流(SCR)电路，用于当齐纳二极管上传输的反向电流触发并开启NPN双极晶体管时， 降低反向截止电压快速跳回中的电压降。美国专利申请12/454,333中所述的瞬态电压抑 制器电路，解决了传统的瞬态电压抑制器电路中常常出现的，由于瞬态电压抑制器设备的 阻抗造成的击穿电压升高，以及由于快速跳回造成的剧烈的电压降等难题。美国申请案 12/454，333的另一方面在于，提出了一种改良型瞬态电压抑制器电路的新型器件设计和制 造方法。此外，美国专利申请12/454，333中的瞬态电压抑制器专利技术，提出了一种新型瞬态 电压抑制器，与主流的互补金属氧化物半导体(CMOS)或双极-CMOS (Bi-CMOS)技术相结合， 构成一种单片瞬态电压抑制器保护的集成电路结构，从而降低了在电子器件上制造受保护 的集成电路的成本。图IC表示与原有技术相比，可控硅整流器瞬态电压抑制器电路的改良后的快速 跳回结构。但是，美国专利申请12/454，333所提到的，是通过精巧的外形结构以及困难的 优化，来减少快速跳回，这很难设计和实施，因此，仍然有必要进一步改善并简化瞬态电压 抑制器设备的箝位电压。因此，在电路设计和器件制造领域中，必须找到一种新型的、改良的电路结构与制 作方法，才能解决上述难题。更确切地说，要找到一种新型改良的瞬变电压抑制器电路，体 积小巧，并且能够消除或减弱快速跳回电压瞬变，而且还能进一步改善箝位电压。
技术实现思路
因此，为了解决上述局限和难题，本专利技术的一个方面就在于提出了一种改良型的 瞬态电压抑制器结构，具有改良后的箝位电压，进一步提高瞬态电压抑制器保护。本专利技术的另一方面在于，制备的瞬态电压抑制器保护电路，结合了两部分元件，包 括正向偏置二极管和半导体可控整流器(SCR)，以减少快速跳回，并提高电压箝位性能。本专利技术的另一方面在于，提出了瞬态电压抑制器保护电路，通过快速跳回抑制二 极管与快速跳回电路串联，使快速跳回抑制二极管提供电流-电压(I-V)特性，与快速跳回 电路(例如SCR电路)的I-V特性互补，从而大幅减少快速跳回。本专利技术的另一方面在于，提出了瞬态电压抑制器保护电路，带有高端控向二极管 作为快速跳回抑制二极管，与SCR电路一同作为快速跳回电路，使得快速跳回抑制二极管 补偿了 I-V工作特性，在发生瞬时快速跳回时，根据I-V特性，快速跳回电压大幅降低以及 箝位电压。本专利技术的一个较佳实施例，主要提出了一种用于抑制瞬态电压的瞬态电压抑制器 (TVS)电路。瞬态电压抑制(TVS)电路包括一个连接在接地端和节点之间的齐纳二极管， 以便触发快速跳回电路。在一个实施例中，该节点可以是一个Vcc端。TVS电路还包括一 个快速跳回电路，与齐纳二极管并联，一旦开启快速跳回电路，就开始传导带有快速跳回电 流-电压(I-V)特性的瞬态电压电流。而且，TVS器件还包括一个快速跳回抑制电路，与快 速跳回电路串联，传导带有补偿快速跳回-IV特性的I-V特性电流，以便箝位快速跳回电 压。在一个典型实施例中，快速跳回电路还包括一个半导体可控整流器(SCR)。在另一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种瞬态电压抑制（ＴＶＳ）电路，其特征在于，包括：一个连接在接地端和节点之间的快速跳回电路，一旦开启所述的快速跳回电路，就开始传导带有快速跳回电流－电压（Ⅰ－Ⅴ）特性的瞬态电压电流；以及一个快速跳回抑制电路，与所述的快速跳回电路串联，传导带有补偿快速跳回－Ⅳ特性的Ⅰ－Ⅴ特性电流，以便箝位快速跳回电压；其中，所述的快速跳回抑制电路还包括一个快速跳回抑制二极管。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：雪克玛力卡勒强斯瓦密，
申请(专利权)人：万国半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]