CN102324421A

CN102324421A - 一种芯片内利用尖端放电的esd保护结构

Info

Publication number: CN102324421A
Application number: CN201110183239A
Authority: CN
Inventors: 姜一波; 杜寰; 曾传滨
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明涉及一种芯片内利用尖端放电的ESD保护结构。所述保护结构包括：至少一对放电尖角，每对放电尖角包括第一放电尖角和第二放电尖角，第一放电尖角设置于芯片的任一垫脚上，第二放电尖角和金属导线之间电连接，金属导线连接到芯片的另一垫脚上；第一放电尖角和第二放电尖角一一对应设置，且第一放电尖角和第二放电尖角之间具有放电间隙。本发明芯片内利用尖端放电的ESD保护结构应用在芯片中，芯片每个垫脚附近都有放电尖角，与其相对应的放电尖角与其他所有的垫脚分别相连接，垫脚附近的两个放电尖角之间发生尖端放电，静电电荷在两个放电尖角之间转移而不进入芯片内部，继而流入其他的垫脚然后完全释放，从而达到静电保护的目的。

Description

一种芯片内利用尖端放电的ESD保护结构

技术领域

本发明涉及一种芯片内利用尖端放电的ESD保护结构，属于电子器件ESD静电保护领域。

背景技术

静电在自然界时刻都存在，当芯片的外部环境或者芯片内部累积的静电荷，通过芯片的管脚流入或流出芯片内部时，瞬间产生的电流(峰值可达数安培)或电压，就会损坏集成电路，使芯片功能失效。ESD无论对于电子产品制造商还是消费者而言代价都很高。当人体能感觉到静电存在时，其产生的静电已经达到了数万伏特，足以损坏绝大部分的电子元器件。所以，设计合格的静电保护是所有产业化电子器件的应有之义。

尖端放电是在强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象，在大部分时候，电子产品的设计应该避免其产生尖端放电现象。但在静电保护领域，可以转害为利，利用这一现象进行静电保护设计。

发明内容

本发明针对在静电保护领域可以转害为利，利用这一现象可以进行静电保护设计的需要，提供一种芯片内利用尖端放电的ESD保护结构。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种芯片内利用尖端放电的ESD保护结构包括：至少一对放电尖角，所述每对放电尖角包括第一放电尖角和第二放电尖角，所述第一放电尖角设置于芯片的任一垫脚上，所述第二放电尖角和金属导线之间电连接，所述金属导线连接到芯片的另一垫脚上；所述第一放电尖角和第二放电尖角一一对应设置，且所述第一放电尖角和第二放电尖角之间具有放电间隙。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述至少一对放电尖角的上方或者下方设有金属平板。

进一步，所述第一放电尖角设置于芯片垫脚的一个侧面上。

进一步，所述第二放电尖角设置于金属导线的一个侧面上或者两个侧面上。

进一步，所述第一放电尖角和第二放电尖角的形状为三角形或者锥刺形。

进一步，所述第一放电尖角和第二放电尖角由导电介质制成。

进一步，所述导电介质为铝、铜或者合金。

进一步，所述带有第二放电尖角的金属导线和带有第一放电尖角的芯片垫脚的侧面平行放置，使得第二放电尖角和第一放电尖角一一对应。

进一步，所述放电间隙为空气或者由耐高温的绝缘介质填满。

采用上述的方案的有益效果是：此绝缘介质应选择材料保证其在ESD电流下不会一次性烧毁，从而吸收尖端放电过程中放电尖角之间空气间隙或者绝缘介质逸出的电荷。

进一步，所述第一放电尖角和第二放电尖角靠近垫脚而远离芯片的核心电路设置。

芯片每个垫脚附近都有放电尖角，与其相对应的放电尖角与其他所有的垫脚分别相连接，当ESD冲击时，每个垫脚与其他任意垫脚都能通过放电尖角的尖端放电形成回路。

本发明的有益效果是：本发明芯片内利用尖端放电的ESD保护结构应用在芯片中，芯片每个垫脚附近都有放电尖角，与其相对应的放电尖角与其他所有的垫脚分别相连接，当芯片正常工作无ESD冲击时，垫脚附近的放电尖角与其对应的放电尖角之间为断路状态；当ESD冲击施加到垫脚上时，垫脚附近的放电尖角与对应的放电尖角之间发生尖端放电，静电电荷在放电尖角之间转移而不进入芯片内部，继而流入其他的垫脚然后完全释放，从而达到静电保护的目的。

附图说明

图1为本发明芯片内利用尖端放电的ESD保护结构实施例一的结构示意图；

图2为本发明芯片内利用尖端放电的ESD保护结构实施例二的结构示意图；

图3为本发明芯片内利用尖端放电的ESD保护结构应用于芯片内的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

在靠近芯片垫脚的金属导线一侧或两侧或者在芯片垫脚的侧面做出三角形或锥刺型的放电尖角并与另外一条或多条带有放电尖角的导线平行放置，使其放电尖角一一对应，选择性而非必要的在放电尖角的上侧或下侧放置平板金属。放电尖角之间间隙为空气或者由绝缘介质填满，如没有良好的可重复击毁的绝缘介质尽量选择空气间隙。

尖端放电的发生与施加电压和尖角的曲率有关，带电体附近的电场强度E与其面电荷密度δ成正比，放电尖角部分的面电荷密度较大，所以尖端附近的电场强度也比其他部位强。当有ESD冲击施加到垫脚时，尖端处的电位梯度超过临界值，使空气发生电离而放电。在尖端放电时，气体的电离和发光如只局限在尖端附近的大气薄层(电晕层)，而电晕层外的空间，由于电场强度较弱，不发生电离，这样的尖端放电便称作电晕放电(corona discharge)。如果电极周围有导体，且与周围导体间的电压增加时，电晕层逐步扩展到附近的导体处，就会发生火花放电。电晕放电能量密度小，造成危害的概率极小。

当芯片正常工作无ESD冲击时，垫脚附近的放电尖角与其对应的放电尖角之间无尖端放电现象，芯片正常工作；当ESD冲击施加到垫脚上时，垫脚附近的放电尖角被施加上电压值很高的ESD电压，此时与对应的放电尖角之间发生尖端放电，静电电荷在放电尖角之间转移而不进入芯片内部，继而流入其他的垫脚然后完全释放，从而达到静电保护的目的。

如图1所示，在芯片垫脚侧边31形成三角形放电尖角10，与放电尖角10相对的是放电尖角11，放电尖角11与金属导线21相连接。放电尖角10与放电尖角11组成一组放电尖角对，尖角位置一一对应，尖角间为空气间隙。当发生尖端放电时，电荷在放电尖角10和放电尖角11之间籍由尖端放电现象转移。选择性的在放电尖角对下放置一金属平板41，用以吸收空气间隙逸出的电荷，防止这些离子电荷干扰芯片正常工作。

如图2所示，芯片垫脚30为芯片中任意一垫脚。在芯片垫脚侧边31的侧面做出三角形或锥刺型的放电尖角10。金属导线21连接到芯片另一垫脚上，一侧带有放电尖角11，并不与芯片垫脚30相连，其放电尖角与芯片垫脚侧边31侧面的放电尖角10一一对应；金属导线22、23、24同金属导线21类似，各自连接到芯片不同垫脚上，不与芯片垫脚30相连，其放电尖角、12、13、14分别与芯片垫脚侧边31侧面的放电尖角10一一对应。放电尖角对之间为空气间隙，选择性而非必要的在放电尖角的上侧或下侧放置金属平板40。当ESD冲击施加到芯片垫脚30上时，芯片垫脚侧边31侧面的放电尖角10与对应的放电尖角11、12、13、14之中的一组或几组发生尖端放电，静电电荷在放电尖角之间转移，继而流入其他的垫脚然后流出芯片，从而达到静电保护的目的。

如图3所示，芯片垫脚131、132、133、134分别通过金属导线121、122、123、124与芯片核心电路100相连接，核心电路100为芯片正常工作区域。芯片垫脚131的边缘制有三角形的放电尖角，与金属导线122、123、124的末端112、113、114的放电尖角分别组成放电尖角对；芯片垫脚132的边缘制有三角形的放电尖角，与金属导线121、123、124的末端111、113、114的放电尖角分别组成放电尖角对；芯片垫脚133的边缘制有三角形的放电尖角，与金属导线121、122、124的末端111、112、114的放电尖角分别组成放电尖角对；芯片垫脚134的边缘制有三角形的放电尖角，与金属导线121、122、123的末端111、112、113的放电尖角分别组成放电尖角对。当静电冲击施加在芯片垫脚131、132之间时，芯片垫脚131侧边放电尖角对金属导线122末端的放电尖角尖端放电，静电电荷由芯片垫脚131转移到金属导线122，再由金属导线122流到芯片垫脚132并流出芯片，使得芯片的核心电路100免于遭受ESD的冲击，达到了静电保护的效果。同理，此实施例中的所有芯片垫脚131、132、133、134在静电冲击下都能籍由尖端放电现象对其他垫脚放电，具有ESD全保护功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种芯片内利用尖端放电的ESD保护结构，其特征在于，该保护结构包括：至少一对放电尖角，所述每对放电尖角包括第一放电尖角和第二放电尖角，所述第一放电尖角设置于芯片的任一垫脚上，所述第二放电尖角和金属导线之间电连接，所述金属导线连接到芯片的另一垫脚上；所述第一放电尖角和第二放电尖角一一对应设置，且所述第一放电尖角和第二放电尖角之间具有放电间隙。

2.根据权利要求1所述的芯片内利用尖端放电的ESD保护结构，其特征在于，所述至少一对放电尖角的上方或者下方设有金属平板。

3.根据权利要求1所述的芯片内利用尖端放电的ESD保护结构，其特征在于，所述第一放电尖角设置于芯片垫脚的一个侧面上。

4.根据权利要求1所述的芯片内利用尖端放电的ESD保护结构，其特征在于，所述第二放电尖角设置于金属导线的一个侧面上或者两个侧面上。

5.根据权利要求1所述的芯片内利用尖端放电的ESD保护结构，其特征在于，所述第一放电尖角和第二放电尖角的形状为三角形或者锥刺形。

6.根据权利要求1所述的芯片内利用尖端放电的ESD保护结构，其特征在于，所述第一放电尖角和第二放电尖角由导电介质制成。

7.根据权利要求6所述的芯片内利用尖端放电的ESD保护结构，其特征在于，所述导电介质为铝、铜或者合金。

8.根据权利要求1所述的芯片内利用尖端放电的ESD保护结构，其特征在于，所述带有第二放电尖角的金属导线和带有第一放电尖角的芯片垫脚的侧面平行放置，使得第二放电尖角和第一放电尖角一一对应。

9. 根据权利要求1所述的芯片内利用尖端放电的ESD保护结构，其特征在于，所述放电间隙为空气或者由耐高温的绝缘介质填满。

10.根据权利要求1所述的芯片内利用尖端放电的ESD保护结构，其特征在于，所述第一放电尖角和第二放电尖角靠近垫脚而远离芯片的核心电路设置。