CN102957135A

CN102957135A - 静电放电防护元件

Info

Publication number: CN102957135A
Application number: CN2011102469161A
Authority: CN
Inventors: 赖明芳
Original assignee: Winbond Electronics Corp
Current assignee: Winbond Electronics Corp; Nuvoton Technology Corp
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-08-24
Also published as: CN102957135B

Abstract

本发明公开了一种静电放电防护元件，其包含第一晶体管以及第二晶体管。第一晶体管包含第一基体电极、第一电极以及第二电极，第一基体电极与第一电极形成一第一寄生二极管，第一基体电极与第二电极形成一第二寄生二极管。第二晶体管包含第二基体电极、第三电极以及第四电极，第二基体电极与第三电极形成一第三寄生二极管，第二基体电极与第四电极形成一第四寄生二极管。第一基体电极连接于第三电极，第二基体电极连接于第一电极。

Description

静电放电防护元件

技术领域

本揭示内容是有关于一种防护元件，且特别是有关于一种静电放电防护元件。

背景技术

一般而言，各种电子装置中均会设置有静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)防护的机制，藉以避免当人体带有过多的静电而去触碰电子装置时，电子装置因为静电所产生的瞬间大电流而导致毁损，或是避免电子装置受到环境或运送工具所带的静电影响而产生无法正常运作的情形。

举例而言，单一电子元件(如积体电路晶片)中可能具有多种电源区域(power domain)，藉此提供各种所需电源予不同的电路，以供各类型的电路操作。然而，在单一电子元件中设计多种电源区域的方式，通常会导致电子元件本身的静电放电防护能力变差，使得不同电源区域之间的介面无法有效地进行静电放电防护，进而发生有内部电路毁损的情形。

发明内容

本发明实施例提供一种静电放电防护元件，藉此进行静电放电防护。

本揭示内容的一技术样态系关于一种静电放电防护元件，其包含一第一晶体管以及一第二晶体管。第一晶体管包含第一基体电极、第一电极以及第二电极，第一基体电极与第一电极形成一第一寄生二极管，第一基体电极与第二电极形成一第二寄生二极管。第二晶体管包含第二基体电极、第三电极以及第四电极，第二基体电极与第三电极形成一第三寄生二极管，第二基体电极与第四电极形成一第四寄生二极管。第一基体电极连接于第三电极，第二基体电极连接于第一电极。

本揭示内容的另一技术样态系关于一种静电放电防护元件，其包含一第一晶体管以及一第二晶体管。第一晶体管包含第一基体电极、第一电极以及第二电极，第一基体电极、第一电极与第二电极形成一等效电路。第二晶体管包含第二基体电极、第三电极以及第四电极，第二基体电极、第三电极与第四电极形成另一等效电路。第一基体电极连接于第三电极而无二极管串接于第一基体电极和第三电极之间，第二基体电极连接于第一电极而无二极管串接于第二基体电极和第一电极之间。

本揭示内容的又一技术样态系关于一种静电放电防护元件，其包含一第一晶体管以及一第二晶体管。第一晶体管包含第一基体电极、第一电极以及第二电极，第一晶体管中具有一第一寄生二极管以及一第二寄生二极管。第二晶体管包含第二基体电极、第三电极以及第四电极，第二晶体管中具有一第三寄生二极管以及一第四寄生二极管。第一寄生二极管、第二寄生二极管、第三寄生二极管以及第四寄生二极管系用以选择性地传导第一电极、第二电极、第三电极以及第四电极中二者间相对的静电放电电流。

根据本揭示的技术内容，应用前述静电放电防护元件，可有效地增强整体电路的静电放电防护，藉此提升导通静电放电电流的能力。

附图说明

图1系依照本发明实施例绘示一种静电放电防护元件的示意图。

图2至图5系依照本发明实施例绘示一种如图1所示的静电放电防护元件的操作示意图。

图6系依照本发明另一实施例绘示一种静电放电防护元件的示意图。

图7至图10系依照本发明实施例绘示一种如图6所示的静电放电防护元件的操作示意图。

图11系绘示习知元件、习知防护元件与本发明实施例的静电放电防护元件三者经传输线触波产生器静电测试(Transmission Line Pulsing，TLP)后的比较图。

主要元件符号说明：

100、200：静电放电防护元件

110、210：第一晶体管

120、220：第二晶体管

112：第一基体电极

122：第二基体电极

114、116、124、126：电极

A1、A2、C1、C2：端点

D1、D2、D3、D4：寄生二极管

具体实施方式

下文系举实施例配合所附图式作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。此外，图式仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。

关于本文中所使用的“约”、“大约”或“大致”一般通常系指数值的误差或范围于百分之二十以内，较好地是于百分之十以内，而更佳地则是于百分之五以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆视作为近似值，即如“约”、“大约”或“大致”所表示的误差或范围。

图1系依照本发明实施例绘示一种静电放电防护元件的示意图。静电放电防护元件100包含第一晶体管110以及第二晶体管120，其中第一晶体管110包含一第一基体(bulk)电极112以及两电极114、116，第二晶体管120包含一第二基体电极122以及两电极124、126，而第一基体电极112连接于电极124，第二基体电极122连接于电极114。在本实施例中，第一基体电极112与电极114、116分别形成寄生二极管D1、D2，且第二基体电极122与电极124、126分别形成寄生二极管D3、D4。

实作上，第一晶体管110和第二晶体管120可各自为一双载子接面晶体管(BJT)或一金氧半导体场效晶体管(MOSFET)。举例来说，第一晶体管110和第二晶体管120两者可均为NPN型或PNP型双载子接面晶体管，此时上述第一基体电极112和第二基体电极122可作为双载子接面晶体管的基极。此外，第一晶体管110和第二晶体管120两者亦可均为N型或P型金氧半导体场效晶体管。虽然图1系绘示两个N型金氧半导体场效晶体管，但本发明实施例并不以此为限，本领域具通常知识者可依实际需求选择使用适合的晶体管元件。

在图1中，由于第一晶体管110的第一基体电极112连接于第二晶体管120的电极124，第二晶体管120的第二基体电极122连接于电极114，且寄生二极管D1、D2、D3、D4可以分别形成于第一晶体管110和第二晶体管120中，因此电极114、116、124、126中二者间相对的静电放电电流，便可选择性地透过寄生二极管D1、D2、D3、D4进行传导，使静电放电防护操作得以有效执行。

在次一实施例中，对第一晶体管110而言，第一基体电极112与电极114、116可形成一等效电路，对第二晶体管120而言，第二基体电极122与电极124、126可形成另一等效电路。

举例来说，第一晶体管110和第二晶体管120均为N型或P型金氧半导体场效晶体管，其中第一基体电极112与电极114、116形成一寄生双载子接面晶体管，而第二基体电极122与电极124、126形成另一寄生双载子接面晶体管。具体而言，当第一晶体管110和第二晶体管120均为N型金氧半导体场效晶体管时，第一基体电极112与电极114、116可形成一寄生NPN型双载子接面晶体管，且第二基体电极122与电极124、126可形成另一寄生NPN型双载子接面晶体管。当第一晶体管110和第二晶体管120均为P型金氧半导体场效晶体管时，第一基体电极112与电极114、116可形成一寄生PNP型双载子接面晶体管，且第二基体电极122与电极124、126可形成另一寄生PNP型双载子接面晶体管。

另一方面，在另一实施例中，上述第一基体电极112连接于电极124，且无任何二极管串接于第一基体电极112和电极124之间，而第二基体电极122连接于电极114，且无任何二极管串接于第二基体电极122和电极114之间，藉此可于第一晶体管110和第二晶体管120之间省去实体的二极管元件或电路。

在另一实施例中，上述第一基体电极112可直接连接于电极124，而第二基体电极122可直接连接于电极114。在此所称“直接连接”不仅可表示两电极间无任何实体元件，也可表示两电极间存在有大致上不影响电路主要操作和电路布局面积的电阻或其它元件。

是故，在实作上，于第一晶体管110和第二晶体管120之间便可省去实体的二极管元件或电路，使得当静电放电防护元件100操作时，寄生二极管D1、D2、D3、D4及/或其所形成的寄生双载子接面晶体管作为主要的静电放电防护路径，选择性地传导电极114、116、124、126中二者间相对的静电放电电流，以达到静电放电防护的目的。

下列系以例示性的实施例说明上述静电放电防护元件100的操作情形。图2至图5系依照本发明实施例绘示一种如图1所示的静电放电防护元件100的操作示意图。为方便说明起见，图2至图5主要是以第一晶体管110和第二晶体管120均为N型金氧半导体场效晶体管的实施例来作说明，且电极114、116、124、126分别用以连接至端点C1、A1、C2、A2。下述将以第一基体电极112与电极114、116形成第一寄生NPN型双载子接面晶体管，且第二基体电极122与电极124、126形成第二寄生NPN型双载子接面晶体管为例来作说明，惟本发明并不以此为限。

如图2所示，当端点A1触碰到带正电物体且端点C2触碰到接地电位GND (或者端点A1触碰到接地电位GND且端点C2触碰到带负电物体)时，第一寄生NPN型双载子接面晶体管(包括D2、D1)与寄生二极管D3可用以传导自端点A1流向端点C2的静电放电电流；亦即，静电放电电流可自端点A1，经过第一寄生NPN型双载子接面晶体管以及寄生二极管D3，流往端点C2，使得静电放电电流得以有效释放，进而达到静电放电防护的效果。

如图3所示，当端点A1触碰到带正电物体且端点A2触碰到接地电位GND (或者端点A1触碰到接地电位GND且端点A2触碰到带负电物体)时，第一寄生NPN型双载子接面晶体管(包括D2、D1)与寄生二极管D4可用以传导自端点A1流向端点A2的静电放电电流；即静电放电电流可自端点A1，经过第一寄生NPN型双载子接面晶体管以及寄生二极管D4，流往端点A2，使得静电放电电流得以有效释放，进而达到静电放电防护的效果。

如图4所示，当端点C1触碰到带正电物体且端点C2触碰到接地电位GND (或者端点C1触碰到接地电位GND且端点C2触碰到带负电物体)时，寄生二极管D3可用以传导自端点C1流向端点C2的静电放电电流；亦即，静电放电电流可自端点C1，经过寄生二极管D3，流往端点C2，使得静电放电电流得以有效释放，进而达到静电放电防护的效果。

如图5所示，当端点C1触碰到带正电物体且端点A2触碰到接地电位GND (或者端点C1触碰到接地电位GND且端点A2触碰到带负电物体)时，寄生二极管D4可用以传导自端点C1流向端点A2的静电放电电流；亦即，静电放电电流可自端点C1，经过寄生二极管D4，流往端点A2，使得静电放电电流得以有效释放，进而达到静电放电防护的效果。

图6系依照本发明另一实施例绘示一种静电放电防护元件的示意图。相较于图1所示，本实施例中的静电放电防护元件200主要包含第一晶体管210和第二晶体管220，且第一晶体管210和第二晶体管220均为P型金氧半导体场效晶体管。。在本实施例中，静电放电防护元件200所包含的元件及其连接关系如图6所示，且与图1所示实施例相似，故于此不再赘述。下述将以第一基体电极112与电极114、116形成第一寄生PNP型双载子接面晶体管，且第二基体电极122与电极124、126形成第二寄生PNP型双载子接面晶体管为例来作说明，惟本发明并不以此为限。

下列系以例示性的实施例说明上述静电放电防护元件200的操作情形。图7至图10系依照本发明实施例绘示一种如图6所示的静电放电防护元件200的操作示意图。

如图7所示，当端点A1触碰到带正电物体且端点C2触碰到接地电位GND (或者端点A1触碰到接地电位GND且端点C2触碰到带负电物体)时，寄生二极管D2与第二寄生PNP型双载子接面晶体管(包括D4、D3)可用以传导自端点A1流向端点C2的静电放电电流；亦即，静电放电电流可自端点A1，经过寄生二极管D2以及第二寄生PNP型双载子接面晶体管，流往端点C2，使得静电放电电流得以有效释放，进而达到静电放电防护的效果。

如图8所示，当端点A1触碰到带正电物体且端点A2触碰到接地电位GND (或者端点A1触碰到接地电位GND且端点A2触碰到带负电物体)时，寄生二极管D2可用以传导自端点A1流向端点A2的静电放电电流；亦即，静电放电电流可自端点A1，经过寄生二极管D2，流往端点A2，使得静电放电电流得以有效释放，进而达到静电放电防护的效果。

如图9所示，当端点C1触碰到带正电物体且端点C2触碰到接地电位GND (或者端点C1触碰到接地电位GND且端点C2触碰到带负电物体)时，寄生二极管D1与第二寄生PNP型双载子接面晶体管(包括D4、D3)可用以传导自端点C1流向端点C2的静电放电电流；亦即，静电放电电流可自端点C1，经过寄生二极管D1以及第二寄生PNP型双载子接面晶体管，流往端点C2，使得静电放电电流得以有效释放，进而达到静电放电防护的效果。

如图10所示，当端点C1触碰到带正电物体且端点A2触碰到接地电位GND (或者端点C1触碰到接地电位GND且端点A2触碰到带负电物体)时，寄生二极管D1可用以传导自端点C1流向端点A2的静电放电电流；亦即，静电放电电流可自端点C1，经过寄生二极管D1，流往端点A2，使得静电放电电流得以有效释放，进而达到静电放电防护的效果。

一般而言，在现有技术所揭示的元件(在此称习知元件)中，图1中所示的第一晶体管110和第二晶体管120通常是相互分隔，如此一来并无法有效地对内部电路进行静电放电防护。

其次，在进一步现有技术所揭示的防护元件(在此称习知防护元件)中，即使第一晶体管110和第二晶体管120相互连接，其通常是透过实体的二极管元件作连接，以期达到静电放电防护的功用，但如此一来会导致电路所需的布局(layout)区域增大，致使元件(如晶片)面积增加。

相较于上述现有技术而言，应用前述本发明实施例的静电放电防护元件，可有效地进行静电放电防护的操作，以便于不同电源区域之间的介面提供有效的静电放电防护，避免内部电路毁损；可达到杂讯隔绝的功效；更可使电路所需的布局区域减少，元件面积缩减。

图11系绘示上述习知元件、习知防护元件与本发明实施例的静电放电防护元件三者经传输线触波产生器静电测试(Transmission Line Pulsing，TLP)后的比较图。由图11可知，本发明实施例的静电放电防护元件相较于习知元件有较佳的静电放电防护能力，且其静电放电防护能力与习知防护元件的静电放电防护能力大致上相同，但相较于习知防护元件具有较小的所需布局区域和元件面积。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域具通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以本发明权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种静电放电防护元件，其特征在于，所述的静电放电防护元件包含：

一第一晶体管，包含一第一基体电极、一第一电极以及一第二电极，所述的第一基体电极与所述的第一电极形成一第一寄生二极管，所述的第一基体电极与所述的第二电极形成一第二寄生二极管；以及

一第二晶体管，包含一第二基体电极、一第三电极以及一第四电极，所述的第二基体电极与所述的第三电极形成一第三寄生二极管，所述的第二基体电极与所述的第四电极形成一第四寄生二极管；

其中所述的第一基体电极连接于所述的第三电极，所述的第二基体电极连接于所述的第一电极。

2.如权利要求1所述的静电放电防护元件，其特征在于，所述的第一基体电极直接连接于所述的第三电极，所述的第二基体电极直接连接于所述的第一电极。

3.如权利要求1所述的静电放电防护元件，其特征在于，所述的第一基体电极连接于所述的第三电极而无二极管串接于所述的第一基体电极和所述的第三电极之间，所述的第二基体电极连接于所述的第一电极而无二极管串接于所述的第二基体电极和所述的第一电极之间。

4.如权利要求1所述的静电放电防护元件，其特征在于，所述的第一晶体管和所述的第二晶体管系各自为一双载子接面晶体管或一金氧半导体场效晶体管。

5.如权利要求1所述的静电放电防护元件，其特征在于，所述的第一晶体管和所述的第二晶体管系各自为一金氧半导体场效晶体管，所述的第一基体电极、所述的第一电极与所述的第二电极形成一第一寄生双载子接面晶体管，所述的第二基体电极、所述的第三电极与所述的第四电极形成一第二寄生双载子接面晶体管。

6.一种静电放电防护元件，其特征在于，所述的静电放电防护元件包含：

一第一晶体管，包含一第一基体电极、一第一电极以及一第二电极，所述的第一晶体管中具有一第一寄生二极管以及一第二寄生二极管；以及

一第二晶体管，包含一第二基体电极、一第三电极以及一第四电极，所述的第二晶体管中具有一第三寄生二极管以及一第四寄生二极管；

其中所述的第一寄生二极管、所述的第二寄生二极管、所述的第三寄生二极管以及所述的第四寄生二极管系用以选择性地传导所述的第一电极、所述的第二电极、所述的第三电极以及所述的第四电极中二者间相对的静电放电电流。

7.如权利要求6所述的静电放电防护元件，其特征在于，自所述的第一电极流向所述的第三电极的静电放电电流系由所述的第三寄生二极管加以传导。

8.如权利要求6所述的静电放电防护元件，其特征在于，自所述的第一电极流向所述的第四电极的静电放电电流系由所述的第四寄生二极管加以传导。

9.如权利要求6所述的静电放电防护元件，其特征在于，所述的第一寄生二极管系形成于所述的第一基体电极和所述的第一电极之间，所述的第二寄生二极管系形成于所述的第一基体电极和所述的第二电极之间，所述的第三寄生二极管系形成于所述的第二基体电极和所述的第三电极之间，所述的第四寄生二极管系形成于所述的第二基体电极和所述的第四电极之间。

10.如权利要求6所述的静电放电防护元件，其特征在于，所述的第一基体电极直接连接于所述的第三电极，所述的第二基体电极直接连接于所述的第一电极。

11.如权利要求6所述的静电放电防护元件，其特征在于，所述的第一基体电极连接于所述的第三电极而无二极管串接于所述的第一基体电极和所述的第三电极之间，所述的第二基体电极连接于所述的第一电极而无二极管串接于所述的第二基体电极和所述的第一电极之间。

12.如权利要求6所述的静电放电防护元件，其特征在于，所述的第一晶体管和所述的第二晶体管系各自为一双载子接面晶体管或一金氧半导体场效晶体管。