在半导体世界里,一直有很多焦点,当工艺进展到下一个节点。这就是摩尔定律:在同一区域添加更多的晶体管,从而提高CPU/GPU芯片的性能。
为了降低功耗,逻辑/数字电路的主要电源电压在每个节点都降低了。通常遵循的I/O电压范围。在先进的FinFET工艺中,最大I/O电压从成熟工艺中的5V降低到1.5V或更低。但有些应用确实需要高压接口和电路。想想电源管理和电源转换芯片,用于发动机控制的汽车电子,LCD或OLED显示驱动芯片,电机驱动电子和工业应用。与用于保护低压电路的夹具相比,这些高压应用需要其他ESD保护钳制电路。
因为I/O的要求(速度、驱动强度、信号级别)对每种情况都是不同的,foundry厂通常不提供这种高电压接口的I/O电路。Sofics已经参与了许多需要定制ESD钳制电路的高电压接口芯片项目。
为了降低功耗,逻辑/数字电路的主要电源电压在每个节点都降低了。通常遵循的I/O电压范围。在先进的FinFET工艺中,最大I/O电压从成熟工艺中的5V降低到1.5V或更低。但有些应用确实需要高压接口和电路。想想电源管理和电源转换芯片,用于发动机控制的汽车电子,LCD或OLED显示驱动芯片,电机驱动电子和工业应用。与用于保护低压电路的夹具相比,这些高压应用需要其他ESD保护钳制电路。
因为I/O的要求(速度、驱动强度、信号级别)对每种情况都是不同的,foundry厂通常不提供这种高电压接口的I/O电路。Sofics已经参与了许多需要定制ESD钳制电路的高电压接口芯片项目。
ESD概念在行业中的使用
下面是用于高压(HV)或BCD过程的不同类型ESD设备的概述。有典型的钳制电路,如稳压管(Zener)或基于PNP的钳制电路位,主动RC-MOS/BigFET导轨钳制电路。一些晶圆厂还提供基于SCR的ESD钳制电路。

具有低钳制电压的ESD钳制电路,如SCR设备,经常用于需要高ESD鲁棒性的I/O接口。一些代工厂还推广其snapback LD-NMOS器件用于ESD保护。例如,具有高驱动电流的输出驱动器称为自保护驱动器。这对于open-drain接口也很方便。然而,在Sofics,我们不推荐它,因为我们已经注意到,几乎在每个高压过程(文章链接)中,snapback NMOS器件在重复ESD应力脉冲后,会出现退化(泄漏增加)。当低钳位电压是允许的,我们更推荐从我们的TakeCharge组合来应对SCR设备。
另一方面,有一个高保持电压钳位电路,如PNP或zener器件。这些用于power/rail的钳制电路,因为它们提供增强的latch-up免疫力。zener/PNP很简单,但缺点是,即使是常规ESD的保护更充沛,通常需要很大的硅面积。此外,触发和钳位电压是在同一制程里面是固定的。不可能改变触发电压。
Sofics开发了新的、更小的器件概念,具有可调的触发和钳位电压,以及可伸缩的ESD鲁棒性。我们将这些解决方案捆绑在PowerQubic产品组合中。布局是按照常规工艺流程设计的。不需要额外的mask、implants或工艺改变。
另一方面,有一个高保持电压钳位电路,如PNP或zener器件。这些用于power/rail的钳制电路,因为它们提供增强的latch-up免疫力。zener/PNP很简单,但缺点是,即使是常规ESD的保护更充沛,通常需要很大的硅面积。此外,触发和钳位电压是在同一制程里面是固定的。不可能改变触发电压。
Sofics开发了新的、更小的器件概念,具有可调的触发和钳位电压,以及可伸缩的ESD鲁棒性。我们将这些解决方案捆绑在PowerQubic产品组合中。布局是按照常规工艺流程设计的。不需要额外的mask、implants或工艺改变。

案例学习
一些无晶圆厂公司已经将这些ESD钳制电路集成到他们的asic中,用于汽车、工业和消费应用。我们的一位客户在TSMC 180nm BCD第II代工艺上开发了一个具有20V接口和电源域的应用。根据IEC 61000-4-2标准,客户要求他们的芯片具有8kV接触放电的高ESD健壮性。最小触发电压设置高20%,以确保在功能操作期间不触发钳位电路。

另一个客户正在开发用于汽车应用的芯片。它包括一个自动LIN收发器。当LIN总线运行在12V时,连接到LIN总线的设备需要能够承受更高的瞬态电压(40V)。LIN接口也需要更高的ESD保护。他们在台积电0.25um BCD芯片上定制了PowerQubic设备。

PowerQubic clamps availability
自2008年以来,PowerQubic已经在许多流程节点上进行了验证(见下文)。
- TSMC
- 0.35um HV
- 0.25um BCD generation I and II
- 180nm BCD generation I, II and III
- 130nm BCD+
- 55nm BCD – ongoing
- UMC: 180nm BCD
- Tower Semi: 180nm BCD
- KeyFoundry: 180nm BCD – ongoing
- IDM/proprietary fabs:
- 0.35um BCD
- 0.25um BCD
- 130nm BCD
如果您想讨论您的高信号电压ESD保护要求的应用程序,请联系我们,即使您的目标过程没有在上面列出。您可以在本报告中找到更多关于BCD技术中的ESD保护的例子。