具有电子过压防护能力的静电放电保护电路制造技术

本发明专利技术提供一种静电放电保护电路，其包括有一第一连接电路、由至少一个二极管形成的第一过压控制电路与一静电放电钳制电路，分别耦接于一接垫、一第一钳制节点、一输出入钳制节点与一第二电源端之间。当静电放电钳制电路在输出入钳制节点检测到静电放电时，其可被触发导通而将输出入钳制节点导通至第二电源端。而当接垫承受一电子过压时，第一过压控制电路可在第一钳制节点与输出入钳制节点之间提供一跨压，使输出入钳制节点的电压小于静电放电钳制电路的特征电压而防止静电放电钳制电路逆向导通。本发明专利技术的静电放电保护电路不仅具备应有的静电放电保护功能，还能防护电子过压，使静电放电保护电路与芯片内部电路不会因电子过压而被破坏。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有电子过压(EOS， Electric Over-Stress)防护能力的静电放 电(ESD，Electro-Static Discharge)保护电路，尤指一种可防止电子过压错误导通静电放 电保护电路故能兼顾电子过压防护与静电放电保护的静电放电保护电路。
技术介绍
晶粒(die)、芯片(chip)及集成电路是现代信息社会最重要的硬件基础。为了和 其他电路(像是电路板和/或其他芯片)相互交换信息，芯片内会设置有输出入接口 ；由于 此输出入接口会以接垫/针脚/焊球等导电结构和芯片外界的电子/电气环境直接接触， 芯片外界发生的各种电子异常事件就会经由此输出入接口而传导至芯片中，导致芯片功能 异常或损坏。
技术实现思路
本专利技术是要为芯片(晶粒、集成电路)的输出入接口提出一种具有电子过压防护 能力的静电放电保护电路，以便保护芯片的内部电路，使其不受外界静电放电与电子过压 等电子异常事件的影响。 —般来说，在芯片输出入接口可能遭遇的各种电子异常事件中，静电放电(ESD， Electro-Static Discharge)是因为静电累积的电荷突然被传输至输出入接口的导电结构 (接垫/针脚/焊球等)。静电放电的本质类似一个电荷源，会快速地(譬如约十亿分之一 秒至数十亿分之一秒的等级)因电荷累积而在导电结构上建立高电压；但只要能将其电流 导流至芯片外而迅速地使电荷源逸散，就可防止电荷累积的高电压破坏芯片的内部电路。 因此，静电放电保护电路会在检测到静电放电时提供电流路径来疏导静电放电的电流(电 荷)。 除了上述的静电放电，近年来，另 一 种被称为电子过压(E0S， ElectricalOver-Stress)的电子异常事件也逐渐受到重视。 一般来说，电子过压是因为芯 片的导电结构错误地连接至不当的电压；譬如说，在芯片被加工组装(像是被固定、安装、 焊接于电路板)时，和/或是在测试过程中，都有可能因连接或操作不慎而使芯片的导电结 构错误地短路或连接至过高的电压。相较于静电放电因电荷累积而快速造成高电压的特 性，电子过压的本质比较类似于一个持续时间较久(譬如，超过百万分之一秒的等级，或甚 至达到一至数秒)的电压源；若芯片中的静电放电保护电路在遭遇电子过压时导通电流路 径，此电流路径就会持续导通大电流，反而容易因电流过大而破坏静电放电保护电路。针对 上述问题，本专利技术就是要提出一种能兼顾电子过压防护能力的静电放电保护电路，不仅能 在遭遇静电放电时提供电荷逸散的电流路径，也能在电子过压时大幅增强电流路径的等效 电阻，避免电子过压的高电压与大电流破坏芯片的静电放电保护电路以及内部电路。 本专利技术的目的之一，是提供一种静电放电保护电路，其包括有一第一连接电路，一 第一过压控制电路、一第二过压控制电路、 一静电放电钳制电路，并搭配一 电源钳制电路与一第三连接电路，以在一芯片的输出入接口 (输出入电路)中实现本专利技术的技术精神。第一 连接电路耦接于一接垫与一第一钳制节点之间；此第一连接电路可由一二极管(阳极与阴 极分别耦接于接垫与第一钳制节点)、一 P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(栅极、源 极与体极(bulk)耦接于第一钳制节点，漏极耦接于接垫)或一p-n-p双极结型晶体管(发 射极与基极耦接于第一钳制节点，集电极耦接于接垫)形成；譬如说，此第一连接电路可在 接垫与第一钳制节点间形成p-n结(p-n junction)。 第一过压控制电路则耦接于第一钳制节点与一输出入钳制节点之间，其可包含有 至少一 p-n结组件(像是二极管)，以在第一钳制节点与输出入钳制节点间形成p-n结；譬 如说，第一过压控制电路可由一个或多个相互串连的二极管形成，各串连二极管间以阴极 耦接至另一二极管的阳极，并有一二极管的阳极耦接于第一钳制节点、有一二极管的阴极 耦接于输出入钳制节点。 类似地，第二过压控制电路也耦接于第一钳制节点与一输出入钳制节点之间，其 可包含有至少一 p-n结组件(像是二极管)，以在输出入钳制节点与第一钳制节点间形成 p-n结。譬如说，第二过压控制电路可由一个或多个相互串连的二极管形成，各串连二极管 间以阴极耦接至另一二极管的阳极，并有一二极管的阳极耦接于输出入钳制节点、有一二 极管的阴极耦接于第一钳制节点。 第三连接电路则耦接于一第一电源端与输出入钳制节点之间，可由一二极管形成 (阳极耦接于第一电源端，阴极耦接于输出入钳制节点)。 在本专利技术的一实施例中，静电放电钳制电路可包括有一静电放电检测电路与一放 电电路。静电放电检测电路耦接于输出入钳制节点与一第二电源端之间，用来检测静电放 电是否发生，并根据检测结果提供一触发信号。放电电路则耦接于静电放电检测电路、输 出入钳制节点与第二电源端之间，其可由一场氧化层组件(FOD， field oxide device，譬 如说是一场氧化层晶体管)、一金属氧化物半导体场效应晶体管或一硅控整流组件(SCR， Silicon ControlRectifier)形成。当检测结果反映静电放电发生时，放电电路可被触发导 通而使静电放电钳制电路运行于一触发导通模式，并提供一电流路径以将输出入钳制节点 导通至第二电源端。 相对地，由于放电电路的电路特性，即使当检测结果未反映静电放电，但若输出入 钳制节点与第二电源端间的电压差大于一第一特征电压，放电电路还是会使静电放电钳制 电路运行于一逆向导通模式而将输出入钳制节点导通至第二电源端；此第一特征电压可以 是放电电路的击穿电压。然而，经由本专利技术上述的电路配置，当接垫承受一电子过压时，第 一过压控制电路就可在第一钳制节点与输出入钳制节点之间提供一第一跨压，以使输出入 钳制节点的电压小于第一特征电压，避免静电放电钳制电路中的放电电路因电子过压而导 通(或是，等效地，使放电电路可在输出入钳制节点与第二电源端间提供一极大的等效电 阻)。这样一来，静电放电钳制电路/放电电路就不会因电子过压而导通高电流，避免高电 流破坏芯片的静电放电保护机制。 另一方面，前述的第一连接电路也可运行于一顺向导通模式与一逆向导通模式； 当第一连接电路运行于顺向导通模式时，第一连接电路可将接垫导通至第一钳制节点。当 接垫上发生静电放电时，第一连接电路就会运行于此顺向导通模式，将接垫导通至第一钳 制节点，并配合导通的静电放电钳制电路来使静电放电的电荷得以逸散。 相对地，因为第一连接电路的电路特性，当第一钳制节点与接垫间的电压差大于 一第二特征电压时，就会使第一连接电路运行于逆向导通模式而将第一钳制节点导通至接 垫。因此，当第二电源端承受一电子过压时，第二过压控制电路便可在输出入钳制节点与第 一钳制节点间提供一第二跨压，以使第一钳制节点与接垫间的电压差小于第二特征电压， 避免第一连接电路逆向导通电子过压的大电流。 本专利技术静电放电保护电路可选择性另行设置一第二连接电路，耦接于接垫与第二 电源端之间。当静电放电发生于第二电源端与接垫之间时，第二连接电路可将第二电源端 导通至接垫，以形成静电放电的电流路径，达到静电放电保护的功能。 为进一步在电子过压时保护芯片的内部电路，本专利技术可在接垫与待保护的内部电 路之间设置一限流电路及一分压电路。限流电路耦接于接垫与内部电路之间，其可为一第 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有电子过压防护能力的静电放电保护电路，其包含有：　　　　一第一连接电路，耦接于一接垫与一第一钳制节点之间；　　　　一第一过压控制电路，耦接于该第一钳制节点与一输出入钳制节点之间；以及　　　　一静电放电钳制电路，耦接于该输出入钳制节点与一第二电源端之间；该静电放电钳制电路可运行于一触发导通模式与一逆向导通模式；当该静电放电钳制电路在该输出入钳制节点检测到静电放电时，该静电放电钳制电路可运行于该触发导通模式而将该输出入钳制节点导通至该第二电源端；而当该输出入钳制节点的电压大于一第一特征电压时，该静电放电钳制电路可运行于该逆向导通模式而将该输出入钳制节点导通至该第二电源端；　　　　而当该接垫承受一电子过压时，该第一过压控制电路可在该第一钳制节点与该输出入钳制节点之间提供一第一跨压，以使该输出入钳制节点的电压小于该第一特征电压。

【技术特征摘要】
一种具有电子过压防护能力的静电放电保护电路，其包含有一第一连接电路，耦接于一接垫与一第一钳制节点之间；一第一过压控制电路，耦接于该第一钳制节点与一输出入钳制节点之间；以及一静电放电钳制电路，耦接于该输出入钳制节点与一第二电源端之间；该静电放电钳制电路可运行于一触发导通模式与一逆向导通模式；当该静电放电钳制电路在该输出入钳制节点检测到静电放电时，该静电放电钳制电路可运行于该触发导通模式而将该输出入钳制节点导通至该第二电源端；而当该输出入钳制节点的电压大于一第一特征电压时，该静电放电钳制电路可运行于该逆向导通模式而将该输出入钳制节点导通至该第二电源端；而当该接垫承受一电子过压时，该第一过压控制电路可在该第一钳制节点与该输出入钳制节点之间提供一第一跨压，以使该输出入钳制节点的电压小于该第一特征电压。2. 如权利要求1所述的静电放电保护电路，其还包含有 一第二过压控制电路，耦接于该第一钳制节点与该输出入钳制节点之间； 其中，该第一连接电路可运行于一顺向导通模式与一逆向导通模式；当该第一连接电路运行于该顺向导通模式时，该第一连接电路可将该接垫导通至该第一钳制节点；而当该 第一钳制节点与该接垫间的电压差大于一第二特征电压时，该第一连接电路可运行于该逆 向导通模式而将该第一钳制节点导通至该接垫；而当该第二电源端承受一电子过压时，该第二过压控制电路可在该输出入钳制节点与 该第一钳制节点间提供一第二跨压，以使该第一钳制节点与该接垫间的电压差小于该第二 特征电压。3. 如权利要求1所述的静电放电保护电路，其中该第一过压控制电路包含有至少一 p-n结组件，以在该第一钳制节点与该输出入钳制节点间形成p-n结。4. 如权利要求3所述的静电放电保护电路，其中各p-n结组件分别为二极管。5. 如权利要求2所述的静电放电保护电路，其中该第二过压控制电路包含有至少一 p-n结组件，以在该输出入钳制节点与该第一钳制节点间形成p-n结。6. 如权利要求2所述的静电放电保护电路，其中该第一连接电路可在该接垫与该第一 钳制节点间提供一 P_n结，而该第二特征电压为该p_n结的击穿电压。7. 如权利要求1所述的静电放电保护电路，其中该第一连接电路在该接垫与该第一钳 制节点间形成p-n结。8. 如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡富义，谢博钧，熊玟清，
申请(专利权)人：智原科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]