低电容低钳位过压保护器件制造技术

本发明专利技术涉及一种低电容低钳位过压保护器件，其特征在于：所述的过压保护器件由低电容TVS管和低钳位管并联构成，低电容TVS管用于低电容通路及初级浪涌/ESD保护，低钳位管用于降低整个器件的钳位电压，其中，低电容TVS管的阴极与低钳位管的阳极相连，低电容TVS管的阳极与低钳位管的阴极相连，低电容TVS管的钳位输出端与低钳位管的门极控制端相连。优点是：利用PIN管的低电容特性和低钳位管的低通态压降特性构成了低电容、低钳位瞬态电压抑制器件，克服传统多级保护不能满足高速数据低电容、低残压的要求；实现用于差共模保护的三端低电容、低钳位瞬态电压抑制器，差分应用电容更低；实现具有低钳位、高浪涌能力的双向双端瞬态电压抑制器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体过压保护器件的领域，尤其是一种低电容低钳位过压保护器件，为低钳位瞬态电压抑制器件。
技术介绍
在过去的几十年中，以硅为主要加工材料的微电子制造工艺从开始的几个微米技术到现在的0. 13 μ m技术，集成电路芯片集成度越来越高，成本越来越低。随着芯片尺寸的缩小，电路所能承受的过压能力也逐渐降低，系统对外部的电压波动将更加敏感，这就要求电路在进行浪涌/ESD保护时，要求保护器件的残压控制在很低水平。于此同时，由于电子应用要求的不断发展，现代的集成电路需要更高的工作频率和更小的封装。因此，电子系统要承受更大的ESD冲击，ESD保护问题变得越来越重要。一般而言，设计者都要求器件的尺寸尽可能最小，残压尽可能的低，但又不能影响数字和模拟信号的质量。这两点要求必须与保护器件的性能结合起来。尽管瞬态电压抑制器作为一种有效的浪涌/ESD保护器件已经被广泛应用在各个保护领域，但是基于以上考虑，在把瞬态电压抑制器引入电路设计之前，我们不能以牺牲系统的信号完整性以及系统的安全性为代价，把现有的各种抑制器都引入接口保护中。传统齐纳TVS管存在的两大问题，一是低电容和高浪涌不能同时获得，二是低钳位与高电容并存的问题未得到解决。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于为被保护系统提供一种低电容低钳位过压保护器件，该器件可消除浪涌、ESD等瞬态电压事件对被保护系统的损坏，不仅具有低电容、低钳位、响应速度快的特点，而且还可实现差工模三端保护和双向差模保护。本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案是一种低电容低钳位过压保护器件，由低电容TVS管和低钳位管并联构成，低电容TVS管用于低电容通路及初级浪涌/ESD 保护，低钳位管用于降低整个器件的钳位电压，其中，低电容TVS管的阴极与低钳位管的阳极相连，低电容TVS管的阳极与低钳位管的阴极相连，低电容TVS管的钳位输出端与低钳位管的门极控制端相连。本专利技术涉及一种低寄生电容、低钳位瞬态电压抑制器(Low Capacitance, Low Clamping Voltage TVS)，是一种新浪涌/TVS保护技术。与传统齐纳管比较，它提供了高浪泄放通道和低寄生电容，由于低结电容TVS管与低钳位管的协同工作，从而使得它具有很好的钳位特性和结电容特性。当通过TVS管的钳位电压超过低钳位管的门极触发条件时， 低钳位器件导通，浪涌/ESD电流通过低钳位管分流，从而降低了整个器件的钳位电压。这种新型的低寄生电容、低钳位浪涌/ESD保护技术解决了传统齐纳TVS管存在的两大问题， 一是低电容和高浪涌不能同时获得，二是低钳位与高电容并存的问题。在上述方案的基础上，所述的过压保护器件为由两组低电容TVS和低钳位管连接4构成。在上述方案的基础上，本专利技术提供一种两组低电容TVS和低钳位管连接构成的过压保护器件，为三端低电容低钳位过压保护器件，由两组互呈镜像的低电容TVS和低钳位管构成，其中，所述的第一低电容TVS管的阴极与第一低钳位管的阳极相连，构成三端器件的第一连接端Si ；所述的第一低电容TVS管的钳位输出端与第一低钳位管的门极控制端相连； 所述的第二低电容TVS管的阴极与第二低钳位管的阳极相连，构成三端器件的第三连接端Sla ；所述的第二低电容TVS管的钳位输出端与第二低钳位管的门极控制端相连； 所述的第一低电容TVS管的阳极，第二低电容TVS管的阳极，第一低钳位管的阴极和第二低钳位管的阴极都连接在一起，构成三端器件的第二连接端S2。采用由两个PIN 二极管和一个TVS管构成低电容TVS管，两组互呈镜像的低电容 TVS和低钳位管，并将镜像后对应的器件连接端Sh与原器件连接端S2相连构成公共端，形成双向低电容、低钳位三端过压保护器件，可进行差共模保护，并且差模保护时电容更低。所述的低电容TVS和低钳位管正常情况下均处于断开状态，即呈现高阻状态。当输入端流入的正向浪涌电压超过低电容TVS管的TVS管击穿电压时，低电容TVS管导通，电流通过第一 PIN 二极管、TVS管泄放到保护器件的另一端。随着浪涌电流的增加，TVS管阴极上的电压逐渐增加，当电压达到低钳位管的触发条件时，低钳位管开启，整个器件进入大电流、低阻状态。器件两端电压迅速降低，整个器件处于低压钳位状态。当浪涌消除后，器件回复至关断状态。当输入端流入的不是浪涌或ESD等瞬态高压，而只是普通的过压信号时，由于这个电压在TVS管阴极上产生的钳位输出不足以将低钳位管触发，因此，低钳位管不导通，整个器件表现为一个低电容常规TVS器件，其输出钳位电压仍能保证后级的被保护系统的正常工作。在上述方案的基础上，本专利技术提供另一种两组低电容TVS和低钳位管连接构成的过压保护器件，为双向低电容低钳位双端过压保护器件，由两组互呈倒置的低电容TVS管和低钳位管构成双端器件，其中，所述的第一低电容TVS管的钳位输出端与第一低钳位管的门极控制端相连； 所述的第二低电容TVS管的钳位输出端与第二低钳位管的门极控制端相连； 所述的第一低电容TVS管的阴极，第一低钳位管的阳极，第二低电容TVS管的阳极与第二低钳位管的阴极相连，构成双端器件的第一连接端Bl ；所述的第一低电容TVS管的阳极，第一低钳位管的阴极，第二低电容TVS管的阴极与第二低钳位管的阳极相连，构成第二连接端B2。在上述方案的基础上，提供一种具体的低钳位管结构，所述的低钳位管由PNP管、 TVS管、NPN管、第一电阻和第二电阻构成，其中，第一电阻的一端与PNP管的发射极相连，构成低钳位管的阳极； 第一电阻的另一端与PNP管的基极相连，且还与TVS管的阴极和NPN管的集电极相连， 构成低钳位管的门极控制端；PNP管的集电极和TVS管的阳极相连，且还与NPN管的基极和第二电阻的一端相连，NPN 管的发射区与第二电阻的另一端相连，构成低钳位管的阴极。在上述方案的基础上，所述构成低钳位管的PNP管和NPN管的电流放大倍数应根据需要进行调整，且随着β的增大，器件输出钳位逐渐降低，下限为低钳位管进入闩锁状态时，PNP管和NPN管的饱和压降之和，上限为TVS管的钳位输出电压。在上述方案的基础上，针对三端低电容低钳位过压保护器件提供一种具体的低电容TVS管，所述的低电容TVS管由两个PIN 二极管和一个TVS管构成，其中，第一 PIN 二极管的阳极与第二 PIN 二极管的阴极相连，构成低电容TVS管的阴极； 第一 PIN 二极管的阴极与TVS管的阴极相连，构成低电容TVS管的钳位输出端； 第二 PIN 二极管的阳极与TVS管的阳极相连，构成低电容TVS管的阳极。该低电容TVS管的钳位输出端用于后面低钳位管的门极控制信号。通过并联第二 PIN管，器件保证了输入正极到输入负极的正向特性。在上述方案的基础上，针对双向低电容低钳位双端过压保护器件提供另一种具体的低电容TVS管，为改进型低电容TVS管，所述的低电容TVS管由一个PIN 二极管和一个 TVS管构成，其中，PIN 二极管的阳极对外引出，形成低电容TVS管的阴极；PIN 二极管的阴极与TVS管的阴极相连，组成低电容TVS管的钳位输出端；TVS管的阳极对外引出，形成低电容TVS管的阳极。该改进型低电容TVS管去掉第二个PIN管，且对应的连接端电极不变，然后再将变化后的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种低电容低钳位过压保护器件，其特征在于：所述的过压保护器件由低电容ＴＶＳ管和低钳位管并联构成，低电容ＴＶＳ管用于低电容通路及初级浪涌／ＥＳＤ保护，低钳位管用于降低整个器件的钳位电压，其中，低电容ＴＶＳ管的阴极与低钳位管的阳极相连，低电容ＴＶＳ管的阳极与低钳位管的阴极相连，低电容ＴＶＳ管的钳位输出端与低钳位管的门极控制端相连。

【技术特征摘要】
1.一种低电容低钳位过压保护器件，其特征在于所述的过压保护器件由低电容TVS 管和低钳位管并联构成，低电容TVS管用于低电容通路及初级浪涌/ESD保护，低钳位管用于降低整个器件的钳位电压，其中，低电容TVS管的阴极与低钳位管的阳极相连，低电容 TVS管的阳极与低钳位管的阴极相连，低电容TVS管的钳位输出端与低钳位管的门极控制端相连。2.根据权利要求1所述的低电容低钳位过压保护器件，其特征在于所述的过压保护器件为由两组低电容TVS和低钳位管连接构成。3.根据权利要求2所述的低电容低钳位过压保护器件，其特征在于所述的过压保护器件为三端低电容低钳位过压保护器件，由两组互呈镜像的低电容TVS和低钳位管构成， 其中，所述的第一低电容TVS管的阴极与第一低钳位管的阳极相连，构成三端器件的第一连接端(Si);所述的第一低电容TVS管的钳位输出端与第一低钳位管的门极控制端相连； 所述的第二低电容TVS管的阴极与第二低钳位管的阳极相连，构成三端器件的第三连接端(Sla);所述的第二低电容TVS管的钳位输出端与第二低钳位管的门极控制端相连； 所述的第一低电容TVS管的阳极，第二低电容TVS管的阳极，第一低钳位管的阴极和第二低钳位管的阴极都连接在一起，构成三端器件的第二连接端(S2 )。4.根据权利要求2所述的低电容低钳位过压保护器件，其特征在于所述的过压保护器件为双向低电容低钳位双端过压保护器件，由两组互呈倒置的低电容TVS管和低钳位管构成双端器件，其中，所述的第一低电容TVS管的钳位输出端与第一低钳位管的门极控制端相连； 所述的第二低电容TVS管的钳位输出端与第二低钳位管的门极控制端相连； 所述的第一低电容TVS管的阴极，第一低钳位管的阳极，第二低电容TVS管的阳极与第二低钳位管的阴极相连，构成双端器件的第一连接端(Bi)；所述的第一低电容TVS管的阳极，第一低钳位管的阴极，第二低电容TVS管的阴极与第二低钳位管的阳极相连，构成第二连接端(B2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张关保，苏海伟，王永录，叶力，吴兴农，
申请(专利权)人：上海长园维安微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31