[發明專利]一種單芯片防雷擊保護器件

有效

• 申請號: 202010166860.8
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111276953B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 喬明;童成偉;趙菲;齊釗;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02H9/00
• 分類號: H02H9/00;H02H9/02;H02H9/04;H01L27/06;H01L27/02
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發明提出一種單芯片防雷擊保護器件，單芯片防雷擊保護電路中第一大功率電阻一端連接單芯片防雷擊保護電路的輸入端，另一端連接第一齊納管的陰極、第二齊納管的陽極、第一雙向TVS管的一端和邏輯電路的輸入端；第二大功率電阻一端連接單芯片防雷擊保護電路的輸出端，另一端連接第三齊納管的陰極、第四齊納管的陽極、第二雙向TVS管的一端和邏輯電路的輸出端；第一雙向TVS管的另一端和第二雙向TVS管的另一端接地；第二齊納管的陰極和第四齊納管的陰極連接邏輯電路的第一電源端；第一齊納管的陽極和第三齊納管的陽極連接邏輯電路的第二電源端。本發明還給出多種實現該防雷擊保護電路的器件結構方案。

技術領域

本發明屬于電子科學與技術領域，涉及一種基于集成電路片上靜電泄放(ElectroStatic Discharge簡稱ESD)防護技術的雷擊浪涌保護的器件及電路。

背景技術

在高速通信領域，通信接口(如RS232、RS485、USB2.0等)必須考慮電磁兼容與浪涌失效問題。在實際應用中，也經常出現高頻高速接口由于雷擊或者接地不良而導致電路聚集大量電荷。常用的浪涌防護器件主要有功率電阻、壓敏電阻、瞬態電壓抑制器(TVS)及氣體放電管，單片集成TVS管與限流電阻作為防護電路。

現有的雷擊保護一般外跨壓敏電阻與氣體放電管、TVS等元件進行保護，并且針對每個端口的保護需要匹配和選擇，難以實現單芯片集成，然而大功率TVS管用于抗浪涌場景，僅僅外掛式并不可行，內部電路主要是否具有一定的抗浪涌能力以及具備多少的抗浪涌能力限制了TVS管的選型與抗浪涌電路的選擇。因此，工程中迫切需要一種集成、可兼容且可靠性高的防雷擊電路。

發明內容

針對上述傳統防雷擊技術中出現的難集成、可靠性低的不足之處，本發明針對防雷擊器件結構以及保護方法提出一種單芯片防雷擊保護電路及其器件結構，通過大功率電阻與雙向TVS管的鉗位特性實現了雷擊情況下電路的高魯棒性。

本發明提出的一種單芯片防雷擊保護電路技術方案如下：

一種單芯片防雷擊保護電路，包括第一大功率電阻、第二大功率電阻、第一齊納管、第二齊納管、第三齊納管、第四齊納管、第一雙向TVS管和第二雙向TVS管，

第一大功率電阻一端連接所述單芯片防雷擊保護電路的輸入端，另一端連接第一齊納管的陰極、第二齊納管的陽極、第一雙向TVS管的一端和邏輯電路的輸入端；所述邏輯電路為待進行雷擊保護的電路；

第二大功率電阻一端連接所述單芯片防雷擊保護電路的輸出端，另一端連接第三齊納管的陰極、第四齊納管的陽極、第二雙向TVS管的一端和所述邏輯電路的輸出端；

第一雙向TVS管的另一端和第二雙向TVS管的另一端接地；

第二齊納管的陰極和第四齊納管的陰極連接所述邏輯電路的第一電源端；

第一齊納管的陽極和第三齊納管的陽極連接所述邏輯電路的第二電源端。

具體的，所述邏輯電路的第一電源端連接正直流源，所述邏輯電路的第二電源端浮空或連接交流地。

基于本發明提出的一種單芯片防雷擊保護電路，本發明還提出其實現結構的技術方案：

一種單芯片防雷擊保護器件，包括從下至上依次設置的第一導電類型襯底、埋氧區和第二導電類型外延區，在所述第二導電類型外延區上設置有兩個電阻結構、四個齊納管結構和兩個雙向TVS管結構；

所述電阻結構為Poly電阻結構或阱電阻結構；

所述齊納管結構包括設置在所述第二導電類型外延區內部上層的第一PWELL區、設置在所述第一PWELL區內部上層的第一齊納注入區、以及設置在所述第一齊納注入區內部上層的第一N+接觸區和第一P+接觸區，其中所述第一N+接觸區作為所述齊納管結構的陰極，所述第一P+接觸區作為所述齊納管結構的陽極；