專利名稱：功率芯片的靜電放電保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電放電保護(hù)電路，尤其涉及一種適用于功率芯片的靜電放電保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
任何兩個不同材質(zhì)的物體摩擦，都有可能產(chǎn)生靜電(Static Electricity)，當(dāng)帶有靜電的物體接觸到功率芯片的金屬引腳(pin)時所產(chǎn)生的瞬間高壓放電，會經(jīng)由金屬引腳而損害功率芯片的內(nèi)部電路，即所謂靜電放電(ElectroStatic Discharge，ESD)所造成的損害。功率芯片內(nèi)部都設(shè)置有ESD保護(hù)電路，其主要功能為ESD發(fā)生時，在ESD對內(nèi)部電路造成損害之前，提供適當(dāng)?shù)姆烹娐窂揭苑乐笶SD所造成的損害。另外，ESD保護(hù)電路必須僅在ESD發(fā)生時才開始運作，否則功率芯片的輸入信號亦被移除，輸入信號將無法傳送到功率芯片的內(nèi)部電路。
如圖1所示，功率芯片10內(nèi)部都設(shè)置有靜電放電(Electrostatic Discharge，ESD)檢測電路16以及靜電放電保護(hù)電路18。當(dāng)ESD要從電源輸入端12或信號輸出入端14流進(jìn)功率芯片10時，靜電放電檢測電路16將檢測到此ESD，并輸出使能信號到靜電放電保護(hù)電路18，靜電放電保護(hù)電路18可將此ESD傳到接地端，使此高電壓或大電流無法流入內(nèi)部電路20，以免對內(nèi)部電路20造成非預(yù)期的傷害。
由于功率芯片10所輸入的電壓電位較高，現(xiàn)有靜電放電保護(hù)電路18內(nèi)部所使用的晶體管是使用場效晶體管(Field Effect Transistor，F(xiàn)ET)，包括結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)和金屬氧化半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，其優(yōu)點為漏電流較小、體積較小，組件功率消耗較少，然而，其缺點為反應(yīng)速度較慢、組件上的跨壓(指漏極與源極)較低，因而無法滿足功率芯片10對于反應(yīng)快速及高跨壓(信號輸出入端14到接地端上的跨壓)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是在提供一種功率芯片的靜電放電保護(hù)電路，使其能承受較高的輸入電壓。
本發(fā)明的另一目的是在提供一種功率芯片的靜電放電保護(hù)電路，使其能提供較快速的電流輸出路徑。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種功率芯片的靜電放電保護(hù)電路，用來將靜電放電輸入端所流入的靜電導(dǎo)出到靜電放電輸出端，其包括第一雙極性結(jié)型晶體管，根據(jù)使能信號而將靜電由該靜電放電輸入端導(dǎo)入，并導(dǎo)出的；第一導(dǎo)通電路，根據(jù)使能信號而將靜電由第一雙極性結(jié)型晶體管導(dǎo)入，并導(dǎo)出；以及第二雙極性結(jié)型晶體管，根據(jù)使能信號而將靜電由第一導(dǎo)通電路導(dǎo)入，并導(dǎo)出到靜電放電輸出端；其中，功率芯片更包括靜電放電檢測電路，當(dāng)靜電放電檢測電路檢測靜電時，輸出使能信號到靜電放電保護(hù)電路。


圖1所示為功率芯片的示意圖；圖2所示為本發(fā)明第一實施例靜電放電保護(hù)電路的示意圖；圖3所示為本發(fā)明第二實施例靜電放電保護(hù)電路的示意圖；圖4所示為本發(fā)明第三實施例靜電放電保護(hù)電路的示意圖；圖5所示為本發(fā)明第四實施例靜電放電保護(hù)電路的示意圖；圖6所示為本發(fā)明第五實施例靜電放電保護(hù)電路的示意圖；圖7a所示為第一導(dǎo)通電路的示意圖；圖7b所示為另一第一導(dǎo)通電路的示意圖；圖8所示為第二導(dǎo)通電路的示意圖；圖9a所示為第三導(dǎo)通電路的示意圖；圖9b所示為另一第三導(dǎo)通電路的示意圖；圖9c所示為另一第三導(dǎo)通電路的示意圖；圖9d所示為另一第三導(dǎo)通電路的示意圖；圖10a所示為靜電放電檢測電路的示意圖；圖10b所示為另一靜電放電檢測電路的示意圖。
10-功率芯片12-電源輸出入端
14-信號輸出入端16-靜電放電檢測電路20-內(nèi)部電路18-靜電放電保護(hù)電路30、31、32、33、34、35、36、37、38-NPN雙極性結(jié)型晶體管187-第一導(dǎo)通電路188-第二導(dǎo)通電路189-第三導(dǎo)通電路具體實施方式
為了能讓貴審查員能進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特列舉五個優(yōu)選實施例，說明如下。由于雙極性結(jié)型晶體管(BJT)能承受較高的壓降以及較大的輸出電流，并提供較快的反應(yīng)速度以提供快速的電流輸出路徑，可避免現(xiàn)有靜電放電保護(hù)電路18所存在的缺點，故本發(fā)明靜電放電保護(hù)電路18內(nèi)部電路都使用至少一雙極性結(jié)型晶體管。
如圖2所示，本發(fā)明第一實施例的靜電放電保護(hù)電路181包括NPN雙極性結(jié)型晶體管30、31以及第一導(dǎo)通電路187，其中，NPN雙極性結(jié)型晶體管30的集電極(Collector)連結(jié)到信號輸出入端14，NPN雙極性結(jié)型晶體管30及31的基極(Base)以及第一導(dǎo)通電路187的一端連結(jié)到靜電放電檢測電路16的輸出端，NPN雙極性結(jié)型晶體管30的發(fā)射極(Emitter)以及NPN雙極性結(jié)型晶體管31的集電極連結(jié)到第一導(dǎo)通電路187，NPN雙極性結(jié)型晶體管31的發(fā)射極連結(jié)到接地端。
第一導(dǎo)通電路187的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可由NPN雙極性結(jié)型晶體管或二極管所組成。如圖7a所示，第一導(dǎo)通電路187可包括NPN雙極性結(jié)型晶體管39及40，并將NPN雙極性結(jié)型晶體管39及40的基極連結(jié)一起。由于NPN雙極性結(jié)型晶體管39及40導(dǎo)通時，其能承受較高的壓降，故能間接增加靜電放電保護(hù)電路181所能承受的壓降?；蛉鐖D7b所示，第一導(dǎo)通電路187由NPN雙極性結(jié)型晶體管41、二極管42、及43所組成。當(dāng)NPN雙極性結(jié)型晶體管41導(dǎo)通時，二極管42、及43可承受兩倍的閾值電壓(threshold voltage)，約1.4伏特，也可間接增加本發(fā)明靜電放電保護(hù)電路181所能承受的壓降。
當(dāng)靜電放電檢測電路16檢測到ESD時，靜電放電檢測電路16輸出使能信號到靜電放電保護(hù)電路181，NPN雙極性結(jié)型晶體管30、31進(jìn)入順向主動區(qū)(forward active)，并配合第一導(dǎo)通電路187的運作，可將信號輸出入端14所輸入的ESD迅速地輸出到接地端，以防止內(nèi)部電路20受到非預(yù)期的傷害。由于靜電放電保護(hù)電路181所能承受的電壓較高(由NPN雙極性結(jié)型晶體管30、31及第一導(dǎo)通電路187所承受)，當(dāng)靜電放電檢測電路16因噪聲而輸出錯誤的使能信號時，由于噪聲引起的電壓變化不大，亦無法順利地使能靜電放電保護(hù)電路181的運作，如此一來，可降低噪聲對靜電放電保護(hù)電路181所產(chǎn)生的干擾。
如圖3所示，本發(fā)明靜電放電保護(hù)電路182的第二實施例包括NPN雙極性結(jié)型晶體管32、33以及第二導(dǎo)通電路188，其中，NPN雙極性結(jié)型晶體管32的集電極連結(jié)到信號輸出入端14，NPN雙極性結(jié)型晶體管32及33的基極連結(jié)到靜電放電檢測電路16的輸出端，NPN雙極性結(jié)型晶體管32的發(fā)射極以及NPN雙極性結(jié)型晶體管33的集電極連結(jié)到第二導(dǎo)通電路188，NPN雙極性結(jié)型晶體管33的發(fā)射極連結(jié)到接地端。比較圖2及圖3即可發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明靜電放電保護(hù)電路182除了使用第二導(dǎo)通電路188外，第二導(dǎo)通電路188與NPN雙極性結(jié)型晶體管30及31的基極并不產(chǎn)生連接。
第二導(dǎo)通電路188的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可由零歐姆的電阻或加上一個以上二極管所組成。由于零歐姆的電阻可視為短路，所以在此并未以圖表示的。如圖8所示，第一導(dǎo)通電路187將二極管44堆棧到二極管45的上。由于二極管44和45可承受兩倍的閾值電壓，故能間接增加本發(fā)明靜電放電保護(hù)電路182所能承受的壓降。由于本實施例的靜電放電保護(hù)電路182的運作與前一實施例的靜電放電保護(hù)電路181的運作類似，故不多作說明。
如圖4所示，本發(fā)明靜電放電保護(hù)電路183的第三實施例包括第三導(dǎo)通電路189以及NPN雙極性結(jié)型晶體管34。其中，第三導(dǎo)通電路189的一端連結(jié)到信號輸出入端14，另一端連結(jié)到NPN雙極性結(jié)型晶體管34的集電極。NPN雙極性結(jié)型晶體管34的基極連結(jié)到靜電放電檢測電路16的輸出端，NPN雙極性結(jié)型晶體管34的發(fā)射極連結(jié)到接地端。
第三導(dǎo)通電路189的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可由晶體管或二極管所組成，如圖9a所示，場氧化層N型晶體管(Field-oxide NMOS)，或如圖9b所示，具有寄生二極管的金屬氧化半導(dǎo)體場效N型晶體管(NMOS)，或如圖9c和9d所示，堆棧的二極管。可想而知的是，使用者也可使用P型電子組件以取代N型電子組件，以達(dá)到類似的結(jié)果。
當(dāng)靜電放電檢測電路16檢測到ESD時，靜電放電檢測電路16輸出使能信號到靜電放電保護(hù)電路183，NPN雙極性結(jié)型晶體管34進(jìn)入順向主動區(qū)(forward active)，并配合第三導(dǎo)通電路189的運作，可將信號輸出入端14所輸入的ESD迅速地輸出到接地端，以防止內(nèi)部電路20受到非預(yù)期的傷害。由于靜電放電保護(hù)電路183所能承受的電壓較高(由NPN雙極性結(jié)型晶體管34及第三導(dǎo)通電路189所承受)，當(dāng)靜電放電檢測電路16因噪聲而輸出錯誤的使能信號時，由于噪聲引起的電壓變化不大，亦無法順利地使能靜電放電保護(hù)電路183的運作，如此一來，可降低噪聲對靜電放電保護(hù)電路183所產(chǎn)生的干擾。
如圖5所示，本發(fā)明靜電放電保護(hù)電路184的第四實施例包括第三導(dǎo)通電路189、NPN雙極性結(jié)型晶體管35、第一導(dǎo)通電路187、及NPN雙極性結(jié)型晶體管36。其中，第三導(dǎo)通電路189分別連結(jié)到信號輸出入端14以及NPN雙極性結(jié)型晶體管35的集電極，NPN雙極性結(jié)型晶體管35、NPN雙極性結(jié)型晶體管36的基極以及第一導(dǎo)通電路187的一端連結(jié)到靜電放電檢測電路16的輸出端，NPN雙極性結(jié)型晶體管36的發(fā)射極連結(jié)到接地端，第一導(dǎo)通電路187亦連接到NPN雙極性結(jié)型晶體管35的發(fā)射極以及NPN雙極性結(jié)型晶體管36的集電極。由于本實施例的靜電放電保護(hù)電路184的運作方式與第一實施例的靜電放電保護(hù)電路181或第三實施例的靜電放電保護(hù)電路183相似，在此不多作說明。
如圖6所示，本發(fā)明靜電放電保護(hù)電路185的第五實施例包括第三導(dǎo)通電路189、NPN雙極性結(jié)型晶體管37、第二導(dǎo)通電路188、及NPN雙極性結(jié)型晶體管38。其中，第三導(dǎo)通電路189分別連結(jié)到信號輸出入端14以及NPN雙極性結(jié)型晶體管37的集電極，NPN雙極性結(jié)型晶體管37、NPN雙極性結(jié)型晶體管38的基極連結(jié)到靜電放電檢測電路16的輸出端，NPN雙極性結(jié)型晶體管38的發(fā)射極連結(jié)到接地端，第二導(dǎo)通電路188也連接到NPN雙極性結(jié)型晶體管37的發(fā)射極以及NPN雙極性結(jié)型晶體管38的集電極。由于本實施例的靜電放電保護(hù)電路185的運作方式與第二實施例的靜電放電保護(hù)電路182或第三實施例的靜電放電保護(hù)電路183相似，在此不多作說明。
如圖10a所示，靜電放電檢測電路161可由電阻串接電容后，并連結(jié)到反向器，或如圖10b所示，靜電放電檢測電路162可由電容串接電阻。當(dāng)ESD從信號輸出入端14輸入時，靜電放電檢測電路161或162可輸出使能信號(高電位)到靜電放電保護(hù)電路18，以防止內(nèi)部電路20受ESD的損害。
在上述說明中，以信號輸出入端14為ESD的輸入端，并以接地端為ESD的導(dǎo)出端?？上攵褂谜咭部梢噪娫摧斎攵?6為ESD的輸入端，并以信號輸出入端14為ESD的導(dǎo)出端，或以電源輸入端16為ESD的輸入端，并以接地端為ESD的導(dǎo)出端，此時，靜電放電檢測電路16及靜電放電保護(hù)電路18的運作與上述說明相似，在此并不多作說明。
由以上的說明可知，本發(fā)明是在靜電放電保護(hù)電路中使用雙極性結(jié)型晶體管以及導(dǎo)通電路，由雙極性結(jié)型晶體管承受較高的壓降、較快的導(dǎo)通速率、及較大的輸出電流，更可避免因噪聲而引起靜電放電保護(hù)電路的作用。
以上，雖然公開了本發(fā)明優(yōu)選實施例，但是所述內(nèi)容并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮透倪M(jìn)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以所附的權(quán)利要求所界定范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種功率芯片的靜電放電保護(hù)電路，用來將一靜電放電輸入端所流入的一靜電導(dǎo)出到一靜電放電輸出端，其特征在于，所述電路包括一第一雙極性結(jié)型晶體管，根據(jù)一使能信號而將該靜電由該靜電放電輸入端導(dǎo)入，并導(dǎo)出；一第一導(dǎo)通電路，根據(jù)一使能信號而將該靜電由該第一雙極性結(jié)型晶體管導(dǎo)入，并導(dǎo)出；以及一第二雙極性結(jié)型晶體管，根據(jù)一使能信號而將該靜電由所述第一導(dǎo)通電路導(dǎo)入，并導(dǎo)出到該靜電放電輸出端；其中，所述功率芯片進(jìn)一步包括一靜電放電檢測電路，當(dāng)該靜電放電檢測電路檢測該靜電時，輸出所述使能信號到該靜電放電保護(hù)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述靜電放電輸入端為信號輸出入端，該靜電放電輸出端為接地端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述靜電放電輸入端為電源輸入端，該靜電放電輸出端為信號輸出入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述靜電放電輸入端為電源輸入端，該靜電放電輸出端為接地端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述第一導(dǎo)通電路包括至少一雙極性結(jié)型晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述第一導(dǎo)通電路包括至少一雙極性結(jié)型晶體管以及至少一二極管。
7.一種功率芯片的靜電放電保護(hù)電路，用來將一靜電放電輸入端所流入的一靜電導(dǎo)出到一靜電放電輸出端，其特征在于，所述保護(hù)電路包括一第一雙極性結(jié)型晶體管，根據(jù)一使能信號而將該靜電由該靜電放電輸入端導(dǎo)入，并導(dǎo)出；一第二導(dǎo)通電路，用來將該靜電由所述第一雙極性結(jié)型晶體管導(dǎo)入，并導(dǎo)出的；以及一第二雙極性結(jié)型晶體管，根據(jù)一使能信號而將該靜電由所述第一導(dǎo)通電路導(dǎo)入，并導(dǎo)出到該靜電放電輸出端；其中，所述功率芯片進(jìn)一步包括一靜電放電檢測電路，當(dāng)該靜電放電檢測電路檢測該靜電時，輸出所述使能信號到該靜電放電保護(hù)電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述靜電放電輸入端為信號輸出入端，該靜電放電輸出端為接地端。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述靜電放電輸入端為電源輸入端，該靜電放電輸出端為信號輸出入端。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述靜電放電輸入端為電源輸入端，該靜電放電輸出端為接地端。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述第二導(dǎo)通電路包括至少一二極管。
12.一種功率芯片的靜電放電保護(hù)電路，用來將一靜電放電輸入端所流入的一靜電導(dǎo)出到一靜電放電輸出端，其特征在于，所述電路包括一第三導(dǎo)通電路，用來將該靜電由該靜電放電輸入端導(dǎo)入，并導(dǎo)出；以及一雙極性結(jié)型晶體管，根據(jù)一使能信號而將該靜電由所述第三導(dǎo)通電路導(dǎo)入，并導(dǎo)出到該靜電放電輸出端；其中，所述功率芯片進(jìn)一步包括一靜電放電檢測電路，當(dāng)該靜電放電檢測電路檢測該靜電時，輸出所述使能信號到該靜電放電保護(hù)電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述靜電放電輸入端為信號輸出入端，該靜電放電輸出端為接地端。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述靜電放電輸入端為電源輸入端，該靜電放電輸出端為信號輸出入端。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述靜電放電輸入端為電源輸入端，該靜電放電輸出端為接地端。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于，所述第三導(dǎo)通電路由至少一晶體管或至少一二極管所組成。
17.一種功率芯片的靜電放電保護(hù)電路，用來將一靜電放電輸入端所流入的一靜電導(dǎo)出到一靜電放電輸出端，其特征在于，所述電路包括一第三導(dǎo)通電路，用來將該靜電由該靜電放電輸入端導(dǎo)入，并導(dǎo)出；以及一第一雙極性結(jié)型晶體管，根據(jù)一使能信號而將該靜電由所述第三導(dǎo)通電路導(dǎo)入，并導(dǎo)出；一第一導(dǎo)通電路，根據(jù)一使能信號而將該靜電由所述第一雙極性結(jié)型晶體管導(dǎo)入，并導(dǎo)出的；以及一第二雙極性結(jié)型晶體管，根據(jù)一使能信號而將該靜電由所述第一導(dǎo)通電路導(dǎo)入，并導(dǎo)出到該靜電放電輸出端；其中，所述功率芯片進(jìn)一步包括一靜電放電檢測電路，當(dāng)該靜電放電檢測電路檢測該靜電時，輸出所述使能信號到該靜電放電保護(hù)電路。
18.一種功率芯片的靜電放電保護(hù)電路，用來將一靜電放電輸入端所流入的一靜電導(dǎo)出到一靜電放電輸出端，其特征在于，所述電路包括一第三導(dǎo)通電路，用來將該靜電由該靜電放電輸入端導(dǎo)入，并導(dǎo)出的；以及一第一雙極性結(jié)型晶體管，根據(jù)一使能信號而將該靜電由所述第三導(dǎo)通電路導(dǎo)入，并導(dǎo)出；一第二導(dǎo)通電路，將該靜電由所述第一雙極性結(jié)型晶體管導(dǎo)入，并導(dǎo)出；以及一第二雙極性結(jié)型晶體管，根據(jù)一使能信號而將該靜電由所述第二導(dǎo)通電路導(dǎo)入，并導(dǎo)出到該靜電放電輸出端；其中，所述功率芯片進(jìn)一步包括一靜電放電檢測電路，當(dāng)該靜電放電檢測電路檢測該靜電時，輸出所述使能信號到該靜電放電保護(hù)電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率芯片的靜電放電保護(hù)電路，其根據(jù)靜電放電檢測電路的指示而運作，當(dāng)靜電放電檢測電路輸出使能信號到靜電放電保護(hù)電路時，靜電放電保護(hù)電路提供短路路徑而釋放靜電，以保護(hù)功率芯片的內(nèi)部電路，使其免于高電壓或高電流的靜電所產(chǎn)生非預(yù)期的損害。
文檔編號H02H9/00GK1862807SQ20051006913
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者李祈祥 申請人:通嘉科技股份有限公司