APPLICATION NOTE 0201 封装的超小型 ESD 保护器件 上海英联电子科技有限公司 徐宁 杨永华 一、前言 ESD 被认为是电子产品质量最大的潜在杀手，影响产品的可靠性，静电防护也就成为电子产 品质量控制的一项重要内容。最有效的 ESD 保护方法是设备的连接器或端口处放置外部保护元 件。 0201 尺寸的硅基 ESD 器件比上一代 0402 型的器件大约缩小了 70%，能够为手机、MP3 播 放器、PDA 和数码相机等便携式电子产品提供保护和提高其可靠性。上海英联电子推出的 UM5051/5052 是一款低容值（12pF）的 ESD 保护器件，实际大小仅为 0.6mm x 0.3mm x 0.3mm， 为设计师们在空间受限的应用中提供了灵活性。 双向保护消除了在 PCB 板上安装时的方向限制， 而且也不会损失负电平信号。 二、UM5051/5052 的重要参数 英联的 UM5051、UM5052 具有低漏电流、低容值、低钳位电压等特点，DFN 的封装可以有效 的降低抛料率，降低成本，增加贴片效率。0201 的超小封装，其 ESD 抗冲击性能达到了 IEC 61000-4-2 (ESD) ±30kV (空气)和±25kV(接触)的标准。主要参数如表 1 所示： 表 1 特性参数表 为方便理解参数，图 1 为单向 ESD 保护管的特性曲线图。 图 1 单向 ESD 保护管特性曲线图 图 2 ESD 放电波形图 1、击穿电压VBR (Reverse Breakdown Voltage): 在指定测试电流下ESD保护管发生雪崩击穿时的 电压，它是ESD保护管最小的击穿电压。为了满足IEC61000-4-2标准，ESD保护管必须达到可以 处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的冲击，有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗 冲击标准。上海英联电子的UM5051、UM5052，达到了IEC 61000-4-2 (ESD) ±30kV (空气)和 ±25kV(接触)的标准。 2、反向关断电压VRWM(Reverse Peak Working Voltage)和反向漏电流ID(Reverse Leakage Current)：指 ESD保护管最大连续工作的直流或脉冲电压。UM5051/UM5052的VRWM值为5V，可以保 护工作电压为5V的芯片。其反向漏电流小于1μA，对产品的功耗几乎没有影响。 ________________________________________________________________________ http://www.union-ic.com 1/4 APPL LICATION NOTE N 3、箝位 位电压 VC(Clamping Volltage)和最大 大峰值脉冲电 电流 IPP(Maxiimum Reversse Peak Pulsee Currennt)。当持续时间为 20mS 的脉冲峰值 值电流 IPP 流过 过 ESD 保护管 管时，在其两 两端出现的最大峰值 电压为 为 V C。 Surge Current C 11.5V V Clamp Voltage Clamp Ipp=5A A Voltage @ 图 3 ESD 钳位电压 压波形图 4、额定 定脉冲功率 Pppm（Peak Power P Dissippation），指 指 ESD 保护管在指定结温下 下所能承受的 的最大 峰值脉 脉冲功率。 5、电容 容量 C（Cap pacitance）。电容量 C 是由保护管的 是 的雪崩结截面 面决定的，是 是在特定的 1M MHz 频 率下测 测得的。电容值太大将使信 信号衰减。高频回路一般 高 般选择电容应 应尽量小，当频 频率>100MH Hz 时， C 必须 须<10pF。不同 同速率传输信 信号的容值选 选取请参照下 下图。 图 4 ESDD 保护器件容值选取参考图 图 6、封装 装。UM5051//UM5052 的封 封装为业界最 最小封装 0201 1，是智能手 手机和平板电 电脑最理想的保 保护方 案选择 择。图 5 为实 实物图和封装 装图。 图 5 0 0201 实物图和 和封装图 三、ESSD 保护器件 件的种类 1、单向保护 _____________________________________________ ______________________________ _____ http:// //www.union n-ic.com 2/4 APPLICATION NOTE 下图为单向保护示意图，当干扰脉冲信号超过 VRWM 时，超过的部分被释放掉。 图 6 单向保护示意图 单向 ESD 保护管 UM5051 的反向端接被保护的线路，正向端接地。释放掉反向端输入的超过 VRWM 的 ESD 脉冲，使得脉冲高压不能进入到 IC，从而起到保护 IC 的作用。 2、双向保护 双向 ESD 保护管一端接要保护的线路，一端接地，无论来自反向还是来自正向的脉冲均被释 放，更有效地保护了 IC。下图为双向 ESD 保护器件 UM5052 的双向保护示意图。 图7 双向保护示意图 四、ESD 应用举例 1、手机 SIM 卡线路保护 目前手机空间越来越有限，往往矩阵式的 ESD 保护管限制了走线，英联推出的 0201 超小封装 ESD 保护管 UM5051 使 PCB 的布局更加灵活，为设计师节省了宝贵的空间。而 SIM 卡属于经常热 插拔器件，要避免使器件工作在其设计参数极限附近，还应根据被保护回路的特征及可能承受 ESD 冲击的特征选用反应速度足够快、敏感度足够高的器件，这对于有效发挥保护器件的作用十 分关键。 图 8 手机 SIM 卡 ESD 保护应用 2、便携产品音频数据线路保护 便携类产品以体积小备受消费者喜爱，在音频数据线路保护方面，英联推出的 UM5052 单路双 向 ESD 保护管，0201 的超小封装为设计师在有限的布板空间中提供了灵活性。由于音频信号传 输速率比较低，因此对器件电容的要求不太高，100pF 左右都是可以接受的。 ________________________________________________________________________ http://www.union-ic.com 3/4 APPLICATION NOTE 图 9 便携类产品音频数据 ESD 保护应用 3、 穿戴式产品按键线路保护 对于穿戴式产品来说，小巧、轻便、可靠性是设计师考虑的重点。人体的静电放电产品的影 响就显得尤为重要了，按键和开关回路这些回路的数据率很低，对器件的电容没有特殊要求。 英联推出的 UM5051 为此类产品提供了灵活简单的布线，而且其 ESD 抗冲击能力也达到了 IEC 61000-4-2 (ESD) ±30kV (空气)和±25kV(接触)的标准。 除此之外，小型模块类的数据线路接口、WIFI 模块、蓝牙模块、3G 模块等，都非常适合使用 0201 封装的 ESD，为产品提供可靠性的同时，也节省了印制板的空间。 五、0201 封装 ESD 使用注意事项 1、ESD 器件应与接口尽量接近，与被保护线路尽量接近，这样才会减少自感耦合到其它邻近线 路上的机会。 2、尽量避免在保护线路附近走比较关键的信号线，尽量将接口安排在同一个边上。 3、避免被保护回路和未实施保护的回路并联，将接口信号线路和接地线路直接接到保护器件上， 然后再进入回路的其它部分，将复位、中断、控制信号远离输入/输出口，远离 PCB 的边缘。 4、各类信号线及其馈线所形成的回路，环绕面积要尽量小，必要时可考虑改变信号线或接地线 的位置。 5、尽可能多的增加接地点。 6、静电电流通向电源模块的地要足够大和宽，通道要直接和通畅。一般要保证>=3mm，而且越 宽越好。 ________________________________________________________________________ http://www.union-ic.com 4/4