CN103441126B - 一种静电释放保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种静电释放保护装置，包括：第一单元和第二单元，所述第一单元与所述第二单元串联；所述第一单元，包含：至少两个分支，每个分支之间彼此并联，所述分支包含：两个二极管一端连接在I/O上，另外一端分别反向连接在第二单元和地上；所述第二单元，包含：至少一个分支，所述分支包含：至少两个二极管串联，且串联后的阴极与电源连接；该装置通过串联和并联组合的方式，形成强大放电能力网络的结构，在I/O端连接的二极管采用较小尺寸的，在电源端连接的二极管采用较大尺寸，这种结构能够实现多个I/O接口的静电放电功能，减少了采用大尺寸二极管的数目，减小芯片布局面积和成本。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别是涉及半导体集成电路芯片的一种静电释放保护装置。
背景技术
ESD(Electro-StaticDischarge)是指静电释放，在国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD，在我国也称为静电阻抗器。静电放电被称为是电子产品质量最大的潜在杀手，因此静电防护也成为电子产品质量控制的一项重要内容。
二极管的ESD是芯片接口提供静电释放的保护装置，广泛应用于各种类型的芯片中。在实际应用中芯片与外界的连接根据需求有两种连接方式：直流耦合和交流耦合。在直流耦合的情况下，两个芯片的I/O通过一个耦合电容连接上，当两个芯片的电源电压不同或者其中一个芯片处于关机状态时，由于I/O内部存在匹配电阻，该电阻就导致在两个芯片电源之间形成通路，电流会从一个芯片的电源端通过这个通路流向另一个芯片的电源端。但是，由于这个电流以非正常途径提供，并且路径上的电阻较大，所以，不仅无法使得被串电的芯片正常工作，还会由于不能正常进行上电复位以及部分逻辑进入不正常状态，导致当正常上电时整个电路无法正常工作。这种情况的出现严重影响了整个芯片的工作性能。
为了解决上述问题，现有的ESD通过将连接在电源端的单个二极管，替换为多个串联较大的二极管，使得被串电的芯片和正常工作的芯片之间无法形成电流通路。为了保证串联方式的ESD结构能够跟单个二极管具有相同的导电能力，二极管的尺寸必须与串联二极管的个数成倍数增加，一个芯片中有多个I/O接口，每个接口都需要一个ESD，因此这种ESD结构会导致芯片的成本增加，芯片整体性能下降。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例中提供了一种静电释放保护装置，通过串联和并联组合的方式，形成强大放电能力网络的结构，在I/O端连接的二极管采用较小尺寸的，在电源端连接的二极管采用较大尺寸，这种静电放电装置能够实现多个I/O接口的静电释放保护，并在整个系统中减少了采用大尺寸二极管的数目，减小芯片布局面积和成本。
本实施例提供了一种静电释放保护装置，包括：
第一单元和第二单元，所述第一单元与所述第二单元串联；
所述第一单元，包含：至少两个分支，每个分支之间彼此并联，每个分支的结构相同，所述分支包含：两个二极管一端连接在I/O上，另外一端分别反向连接在第二单元和地上；
所述第二单元，包含：至少一个分支，每个分支的结构相同，所述分支包含：至少两个二极管串联，且串联后的阴极与电源连接；第二单元中分支个数小于所述第一单元的分支个数；
第二单元中每个分支采用的二极管尺寸是第一单元中每个分支采用的二极管尺寸的N倍，所述N等于第二单元中每个分支采用的二极管的个数加1。
优选的，所述第一单元中的每个分支采用最小尺寸的二极管。
优选的，所述第二单元中的任意两个或者多个分支连接在同一个电源上。
优选的，所述第二单元中的每个分支安装在所连接的电源VCCPAD下面。
优选的，所述第一单元，包含：两个分支并联，每个分支结构相同，所述分支包含：两个二极管一端连接在I/O上，另外一端分别反向连接在第二单元和地上；
所述第二单元，包含：一个分支，该分支包含：两个二极管串联，串联后的阴极与电源连接；
所述第二单元中采用的二极管尺寸是所述第一单元采用的二极管尺寸的3倍。
优选的，所述第二单元中的两个二极管安装在所连接的VCCPAD下面。
优选的，所述第一单元，包含：至少两个分支，每个分支之间彼此并联，每个分支的结构相同，所述分支包含：两个二极管串联，尺寸较小的二极管一端连接在I/O上，另外一端连接地，尺寸较大的二极管一端连接在I/O上，另外一端与第二单元连接；
所述第二单元每个分支采用的二极管尺寸与所述第一单元中较大的二极管尺寸一致；且每个分支采用的二极管个数等于第一单元中较大二极管尺寸与较小二极管尺寸的倍数减去1。
优选的，所述第一单元中的每个分支采用二极管面积40umx70um。
由上述实施例可以看出，本发明实施例中提供了一种静电释放保护装置，包括：第一单元和第二单元，所述第一单元与所述第二单元串联；所述第一单元，包含：至少两个分支，每个分支之间彼此并联，每个分支的结构相同，所述分支包含：两个二极管一端连接在I/O上，另外一端分别反向连接在第二单元和地上；所述第二单元，包含：至少一个分支，每个分支的结构相同，所述分支包含：至少两个二极管串联，且串联后的阴极与电源连接；第二单元中分支个数小于所述第一单元的分支个数；第二单元中每个分支采用的二极管尺寸是第一单元中每个分支采用的二极管尺寸的N倍，所述N等于第二单元中每个分支采用的二极管的个数加1。可见：该装置采用将所有与I/O接口串联的二极管同时并联的方式，形成一个导通能力强大的静电放电网络，正是由于基于结构，使得本发明能够通过采用较少的二极管以实现对多个I/O接口的静电放电，这种结构使得二极管集中布局，减少芯片面积和成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一揭示的一种静电释放保护装置的结构示意图；
图2为本申请实施例二揭示的一种静电释放保护装置的结构示意图；
图3为本申请实施例二揭示的一种ESD结构在芯片I/O版图的布局结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
实施例一
请参阅图1，其为本申请实施例一揭示的一种静电释放保护装置的结构示意图，该装置包括：第一单元101和第二单元102，需要说明的是，在图1中的第二单元102中，仅仅是以每个分支包含两个二极管为例进行解释说明。下面结合该装置的工作原理进一步介绍其内部结构及其连接关系。
第一单元和第二单元，所述第一单元101与所述第二单元102串联；
所述第一单元，包含：至少两个分支，每个分支之间彼此并联，每个分支的结构相同，所述分支包含：两个二极管一端连接在I/O上，另外一端分别反向连接在第二单元和地上；
所述第二单元，包含：至少一个分支，每个分支的结构相同，所述分支包含：至少两个二极管串联，且串联后的阴极与电源连接；第二单元中分支个数小于所述第一单元的分支个数；
第二单元中每个分支采用的二极管尺寸是第一单元中每个分支采用的二极管尺寸的N倍，所述N等于第二单元中每个分支采用的二极管的个数加1。
比如：为了防止串电，如果第二单元需要使用两个二极管串联，这两个二极管的尺寸必须第一单元中每个分支采用的二极管尺寸的三倍；如果第二单元需要使用三个二极管串联，这三个二极管的尺寸必须第一单元中每个分支采用的二极管尺寸的四倍。
优选的，所述第一单元中的每个分支采用最小尺寸的二极管。
优选的，所述第二单元中的任意两个或者多个分支连接在一个电源上。
优选的，所述第二单元中的每个分支安装在所连接的电源PAD下面。
优选的，所述第一单元，包含：两个分支并联，每个分支结构相同，所述分支包含：两个二极管一端连接在I/O上，另外一端分别反向连接在第二单元和地上；
所述第二单元，包含：一个分支，该分支包含：两个二极管串联，串联后的阴极与电源连接；
所述第二单元中采用的二极管尺寸是所述第一单元采用的二极管尺寸的3倍。
优选的，所述第二单元中的两个二极管安装在所连接的电源PAD下面。
优选的，所述第一单元，包含：至少两个分支，每个分支之间彼此并联，每个分支的结构相同，所述分支包含：两个二极管串联，尺寸较小的二极管一端连接在I/O上，另外一端连接地，尺寸较大的二极管一端连接在I/O上，另外一端与第二单元连接；
所述第二单元每个分支采用的二极管尺寸与所述第一单元中较大的二极管尺寸一致；且每个分支采用的二极管个数等于第一单元中较大二极管尺寸与较小二极管尺寸的倍数减去1。
由上述实施例可以看出，本发明实施例中提供了一种静电释放保护装置，包括：第一单元和第二单元，所述第一单元与所述第二单元串联；所述第一单元，包含：至少两个分支并联，每个分支的结构相同，所述分支包含：两个二极管一端连接在I/O上，另外一端分别反向连接在第二单元和地上；所述第二单元，包含：至少一个分支，每个分支的结构相同，所述分支包含：至少两个二极管串联，且串联后的阴极与电源连接；第二单元中分支个数小于所述第一单元的分支个数；第二单元中每个分支采用的二极管尺寸是第一单元中每个分支采用的二极管尺寸的N倍，所述N等于第二单元中每个分支采用的二极管的个数加1。可见：该装置中的第一单元中采用将所有与I/O接口串联的二极管的分支以并联的方式连接，再与第二单元中的分支进行串联，形成一个导通能力强大的静电放电网络，正是由于基于结构，使得本发明能够通过采用较少的二极管以实现对多个I/O接口的静电放电，这种结构使得二极管集中布局，减少芯片面积和成本。
另外，第一单元中的与I/O端连接的二极管采用最小尺寸的二极管，第二单元中的接近电源的二极管采用较大尺寸的二级管，使得该装置占用芯片总面积减小，将第二单元中电源端的二极管集中布局，隐藏安装在电源PAD下方，这种结构使得芯片面积最优化，节约成本。
实施例二
下面以具体的应用场景对本发明的一种静电释放保护装置进行解释说明，具体为：当某一系统只有四个I/O接口时，需要能够支持四个I/O接口静电放电的装置，具体如图2的一种静电释放保护装置的结构示意图所示。为了防止避免芯片之间串电现象的出现，该装置具体包括：
第一单元201，包含：四个分支并联，每个分支结构相同，所述分支包含：两个二极管一端连接在I/O上，另外一端分别反向连接在第二单元和地上；
第二单元202，包含：两个分支，每个分支包含：两个二极管串联，串联后的阴极与电源连接；
所述第二单元中采用的二极管尺寸是所述第一单元采用的二极管尺寸的3倍。
优选的，所述第一单元中的每个分支采用二极管面积40umx70um；
当然，所述第一单元中的每个分支采用的二极管尺寸具体可以是根据实
际的制造工艺所确定的符合ESD要求的尺寸。
优选的，所述第二单元中的每个分支上的二极管安装在所连接的电源PAD下面。具体结构布局如图3的一种ESD结构在芯片I/O版图的布局结构图所示。在图3中从左至右为六个布局模块分别是，第一个1XESD是指第一单元中第一个分支的布局模块，第二个1XESD是指第一单元中第二个分支的布局模块，第三个3XESD是指第二单元中第一个分支的布局模块，该布局模块中具体是将两个二极管隐藏在VCCPAD下面，且该二极管的尺寸大小是第一单元中二极管大小的三倍，第四个1XESD是指第一单元中第三个分支的布局模块，第五个1XESD是指第一单元中第四个分支的布局模块，第六个3XESD是指第二单元中第二个分支的布局模块，该布局模块中具体是将两个二极管隐藏在VCCPAD下面，且该二极管的尺寸大小是第一单元中二极管大小的三倍。
由上述实施例可以看出，本发明实施例中提供了一种静电释放保护装置采用将所有与I/O接口串联的二极管同时并联的方式，形成一个导通能力强大的静电放电网络，正是由于基于结构，使得本发明能够通过采用较少的二极管以实现对四个I/O接口的静电放电，在实际布局中就与电源端相连的较大二极管安装在电源VCCPAD下面，使得电源线的连接更加方便，这种装置的布局结构使得二极管集中布局，减少芯片面积和成本。
需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-OnlyMemory，ROM）或随机存储记忆体（RandomAccessMemory，RAM）等。当然，本发明的该装置也可以不通过程序指令来完成，而是直接在硬件设计的过程中按照本发明所解释的连接方式直接嵌入到芯片I/O的ESD结构中，从而达到ESD保护和控制串电的问题。
需要说明的是，在本文中诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种静电释放保护装置进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种静电释放保护装置，其特征在于，包括：
第一单元和第二单元，所述第一单元与所述第二单元串联；
所述第一单元，包含：至少两个分支，每个分支之间彼此并联，每个分支的结构相同，所述分支包含：两个二极管，其中一个二极管的正极连接在I/O上，负极连接到第二单元；另外一个二极管的正极连接到地上，负极连接到I/O上；
所述第二单元，包含：至少一个分支，每个分支的结构相同，所述分支包含：至少两个二极管串联，且串联后的阴极与电源连接；第二单元中分支个数小于所述第一单元的分支个数；
第二单元中每个分支采用的二极管尺寸是第一单元中每个分支采用的二极管尺寸的N倍，所述N等于第二单元中每个分支采用的二极管的个数加1。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一单元中的每个分支采用最小尺寸的二极管。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二单元中的任意两个或者多个分支连接在同一个电源上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二单元中的每个分支安装在所连接的电源VCCPAD下面。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一单元，包含：两个分支并联，每个分支结构相同，所述分支包含：两个二极管一端连接在I/O上，另外一端分别反向连接在第二单元和地上；
所述第二单元，包含：一个分支，该分支包含：两个二极管串联，串联后的阴极与电源连接；
所述第二单元中采用的二极管尺寸是所述第一单元采用的二极管尺寸的3倍。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二单元中的两个二极管安装在所连接的VCCPAD下面。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一单元中的每个分支采用二极管面积40umx70um。
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