DE19740949B4

DE19740949B4 - Schutzschaltung gegen elektrostatische Entladung

Info

Publication number: DE19740949B4
Application number: DE19740949A
Authority: DE
Inventors: Yong-Hwan Cheongdo Kim
Original assignee: MagnaChip Semiconductor Ltd
Current assignee: MagnaChip Semiconductor Ltd
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2017-09-18
Also published as: KR100249162B1; US5986862A; DE19740949A1; JPH10200052A; KR19980059897A

Abstract

Schutzschaltung gegen elektrostatische Entladung, gekennzeichnet durch:
– eine erste Sicherung (22a) zwischen einer Eingangsstufe und einer Spannungsquelle, die automatisch über die Eingangsstufe geöffnet wird, wenn eine starke positive elektrostatische Entladung wirkt;
– eine zweite Sicherung (23a) zwischen einer Ausgangsstufe und einer Spannungsquelle, die automatisch über die Ausgangsstufe geöffnet wird, wenn eine starke positive elektrostatische Entladung wirkt;
– eine erste und eine zweite Diode (22b, 23b), deren Anode jeweils mit der ersten bzw. zweiten Sicherung (22a, 23a) verbunden ist und deren Kathode jeweils mit der Spannungsquelle verbunden ist;
– eine erste und eine zweite Schutzschaltung (26, 27), die parallel zu einer ersten bzw. zweiten Umgehungsschaltung (22, 23) geschaltet sind; wobei die erste Umgehungsschaltung (22, 23) die erste Sicherung (22a) und die erste Diode (22b) und die zweite Umgehungsschaltung (23) die zweite Sicherung (23a) und die zweite Diode (23b) umfasst,
– eine dritte Sicherung (24a) zwischen einer...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung gegen elektrostatische Entladung. Eine derartige Schaltung wird im folgenden kurzgefasst als Entladungs-Schutzschaltung bezeichnet.
Im allgemeinen schützt eine Entladungs-Schutzschaltung eine interne Schaltung vor elektrostatischer Entladung, einer Durchschlagsspannung oder einem Spannungsstoß.

Nachfolgend wird eine herkömmliche Entladungs-Schutzschaltung unter Bezugnahme auf die beigefügte 1 beschrieben.

Gemäß dieser 1 umfasst die herkömmliche Entladungs-Schutzschaltung eine interne Schaltung 11, eine erste und eine zweite Diode 12 bzw. 13 mit pn-Übergang, die in der Eingangsstufe der internen Schaltung 11 angeordnet sind, sowie eine dritte und eine vierte Diode 14 bzw. 15 mit pn-Übergang, die in der Ausgangsstufe der internen Schaltung 11 angeordnet sind.

Die Anode der ersten Diode 12 ist mit Masse verbunden, und ihre Kathode ist mit der Eingangsstufe der internen Schaltung 11 verbunden. Die Anode der zweiten Diode 13 ist mit der Eingangsstufe der internen Schaltung 11 verbunden, und ihre Kathode ist mit einer Spannungsquelle verbunden. Die Anode der dritten Diode 14 ist mit Masse verbunden, und ihre Kathode ist mit der Ausgangsstufe der internen Schaltung 11 verbunden. Die Anode der vierten Dioden 15 ist mit der Ausgangsstufe der internen Schaltung 11 verbunden, und ihre Kathode ist mit der Spannungsquelle verbunden.

Hierbei sind die erste und die zweite Diode 12 und 13 Schutzdioden, die die interne Schaltung 11 vor elektrostatischer Entladung schützen, wie sie in der Eingangsstufe der internen Schaltung 11 wirken kann. Die dritte und die vierte Diode 14 und 15 sind Schutzdioden, die die interne Schaltung 11 vor elektrostatischer Entladung schützen, wie sie in der Ausgangsstufe der internen Schaltung 11 wirken kann.

Nachfolgend wird die Funktion dieser herkömmlichen, wie vorstehend beschrieben aufgebauten Entladungs-Schutzschaltung beschrieben.

Wie es in 1 veranschaulicht ist, wird die erste Diode 12 durchgeschaltet, wenn eine negative (–) elektrostatische Entladung an der Eingangsstufe der internen Schaltung 11 wirkt. Im Ergebnis wird diese negative elektrostatische Ent ladung über diese erste Diode 12 nach Masse entladen. Wenn dagegen eine positive (+) elektrostatische Entladung auf die Eingangsstufe der internen Schaltung 11 wirkt, wird die zweite Diode 13 durchgeschaltet. Im Ergebnis wird diese positive elektrostatische Ladung über diese zweite Diode 13 zur Spannungsquelle umgeleitet.

Indessen wird, wenn eine negative (–) elektrostatische Entladung auf die Ausgangsstufe der internen Schaltung 11 wirkt, die dritte Diode 14 durchgeschaltet. Im Ergebnis wird diese negative elektrostatische Entladung über diese dritte Diode 14 nach Masse umgeleitet. Wenn dagegen eine positive (+) elektrostatische Entladung auf die Ausgangsstufe der internen Schaltung 11 wirkt, wird die vierte Diode 15 eingeschaltet. Im Ergebnis wird diese positive elektrostatische Entladung über diese vierte Diode 15 zur Spannungsquelle hin entladen.

Wie oben genannt, verfügt die herkömmliche Entladungs-Schutzschaltung der Eingangs- und Ausgangsstufe der zu schützenden internen Schaltung 11 über jeweils zwei Dioden mit pn-Übergang, um die interne Schaltung 11 gegen negative oder positive elektrostatische Entladung zu schützen.

Jedoch bestehen bei der herkömmlichen Entladungs-Schutzschaltung u. a. die folgenden Probleme.

Erstens muss, da ein Entladungspfad, der die interne Schaltung schützt, von der Übergangsfläche der Diode und der zugehörigen Dichte abhängt, diese Übergangsfläche dann größer sein, wenn eine starke elektrostatische Entladung wirkt.

Außerdem ist es schwierig, wenn in der Diode aufgrund einer starken elektrostatischen Entladung ein Durchschlag im pn-Übergang auftritt, den Entladungspfad zu realisieren. Im Er gebnis ist es nicht möglich, die interne Schaltung zu schützen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entladungs-Schutzschaltung zu schaffen, die dazu geeignet ist, eine interne Schaltung sicher dadurch gegen elektrostatische Entladung zu schützen, dass verhindert ist, dass in einer Diode aufgrund einer starken elektrostatischen Entladung ein Durchschlag am pn-Übergang auftritt.

Diese Aufgabe ist durch die Entladungs-Schutzschaltung gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Die Figuren veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und dienen zusammen mit einer Figur, die eine bekannte Anordnung zeigt, dazu Prinzipien zu erläutern.
1 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen Entladungs-Schutzschaltung und
2 ist ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Entla dungs-Schutzschaltung.
Es wird nun detailliert auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung Bezug genommen, die teilweise in der beigefügten 2 veranschaulicht sind.
Wie es in 2 dargestellt ist, umfasst die erfindungsgemäße Entladungs-Schutzschaltung eine interne Schaltung 21, einen ersten Umgehungsabschnitt 22, der zwischen einer Eingangsstufe und einer Spannungsquelle ausgebildet ist, einen zweiten Umgehungsabschnitt 23, der zwischen einer Ausgangsstufe und der Spannungsquelle ausgebildet ist, einen dritten Umgehungsabschnitt 24, der zwischen der Eingangsstufe und Masse ausgebildet ist, einen vierten Umgehungsabschnitt 25, der zwischen der Ausgangsstufe und Masse ausgebildet ist, einen ersten und einen zweiten Schutzabschnitt 26 und 27, die parallel zum ersten bzw. zweiten Umgehungsabschnitt 22 bzw. 23 geschaltet sind, und einen dritten und einen vierten Schutzabschnitt 28 und 29, die parallel zum dritten bzw. vierten Umgehungsabschnitt 24 bzw. 25 geschaltet sind.
Die Sicherungen können auch als Metallteile bezeichnet werden, die jeweils dann automatisch öffnen, wenn eine Spannung angelegt wird die der Aktivierungsspannung einer Sicherung entspricht.
Der erste Umgehungsabschnitt 22 umfasst eine erste Sicherung 22a und eine erste Diode 22b. Die erste Sicherung 22a ist zwischen der Eingangsstufe und der Spannungsquelle angeordnet. Die Anode der ersten Diode 22b ist mit der ersten Sicherung 22a verbunden, und ihre Kathode ist mit der Spannungsquelle verbunden.
Der zweite Umgehungsabschnitt 23 umfasst eine zweite Sicherung 23a und eine zweite Diode 23b. Die zweite Sicherung 23a ist zwischen der Ausgangsstufe und der Spannungsquelle angeordnet. Die Anode der zweiten Diode 23b ist mit der zweiten Sicherung 23a verbunden, und ihre Kathode ist mit der Spannungsquelle verbunden.
Der dritte Umgehungsabschnitt 24 umfasst eine dritte Sicherung 24a und eine dritte Diode 24b. Die dritte Sicherung 24a ist zwischen der Eingangsstufe und Masse angeordnet. Die Kathode der dritten Diode 24b ist mit der dritten Sicherung 24a verbunden, und ihre Anode ist mit Masse verbunden.
Der vierte Umgehungsabschnitt 25 umfasst eine vierte Sicherung teil 25a und eine vierte Diode 25b. Die vierte Sicherung 25a ist zwischen der Ausgangsstufe und Masse angeordnet. Die Anode der vierten Diode 25b ist mit Masse verbunden, und ihre Kathode ist mit der vierten Sicherung 25a verbunden.
Der erste Schutzabschnitt 26, der parallel zum ersten Umgehungsabschnitt 22 geschaltet ist, umfasst eine fünfte Diode 26a und eine sechste Diode 26b. Die Anode der fünften Diode 26a ist mit der Eingangsstufe verbunden, und ihre Kathode ist mit der Kathode der sechsten Diode 26b verbunden. Die Anode der sechsten Diode 26b ist mit der Spannungsquelle verbunden.
Der zweite Schutzabschnitt 27, der parallel zum zweiten Umgehungsabschnitt 23 geschaltet ist, umfasst eine siebte Diode 27a und eine achte Diode 27b. Die Anode der siebten Diode 27a ist mit der Ausgangsstufe verbunden, und ihre Kathode ist mit der Kathode der achten Diode 27b verbunden. Die Anode der achten Diode 27b ist mit der Spannungsquelle verbunden.
Der dritte Schutzabschnitt 28, der parallel zum dritten Umgehungsabschnitt 24 geschaltet ist, umfasst eine neunte Diode, deren Kathode mit der Eingangsstufe verbunden ist und deren Anode mit Masse verbunden ist.
Der vierte Schutzabschnitt 29, der parallel zum vierten Umgehungsabschnitt 25 geschaltet ist, umfasst eine zehnte Dio de, deren Kathode mit der Ausgangsstufe verbunden ist und deren Anode mit Masse verbunden ist.
Hierbei sind die sechste Diode 26b und die achte Diode 27b Beispiele von Dioden mit pn-Übergang. Die anderen Dioden sind Beispiele von Schottkydioden.
Nun wird die Funktion der erfindungsgemäßen Entladungs-Schutzschaltung erläutert.
Zunächst wirke eine negative (–) elektrostatische Entladung auf die Eingangs- und Ausgangsstufe, in welchem Fall die Schottkydioden, d. h. die dritte, vierte, neunte und zehnte Diode 24b, 25b, 28 und 29 durchschalten. Dabei gelangen auch die dritte Sicherung 24a und die vierte Sicherung 25a in den durchgeschalteten Zustand. Im Ergebnis wird die elektrostatische Entladung über die dritte, vierte, neunte und zehnte Diode 24b, 25b, 28 und 29 nach Masse umgeleitet.
Wenn dabei eine starke negative elektrostatische Ladung einwirkt , öffnen die dritte und vierte Sicherung 24a und 25a, wodurch in den Schottkydioden, d. h. der dritten, vierten, neunten und zehnten Diode 24b, 25b, 28 und 29, kein Durchschlag durch den Übergang erfolgt.
Anders gesagt, ist es möglich, einen Durchschlag durch den Übergang der Schottkydioden dadurch zu verhindern, dass die dritte und vierte Sicherung 24a und 25a öffnen, wenn eine starke elektrostatische Entladung einwirkt.
Ein Durchschlag durch den Übergang der Schottkydioden würde einen Kurzschluss derselben bedeuten. Wenn ein Durchschlag durch den Übergang auftritt, werden Eingangs- und Ausgangssignale durch die Schottkydioden nach Masse abgeleitet. Jedoch ist es bei der Erfindung möglich, da ein Durchschlag durch den Übergang der Schottkydioden verhindert ist, das Ableiten von Eingangs- und Ausgangssignalen nach Masse zu vermeiden.
Ferner werden, wenn die dritte und vierte Sicherung 24a und 25a öffnen, die dritte und vierte Diode auf sperrend geschaltet, so dass kein Pfad ausgebildet wird. Wenn unter diesen Umständen eine negative elektrostatische Entladung wirkt, wird diese durch die neunte Dioden und zehnte Diode nach Masse abgeleitet.
Wenn dagegen eine positive (+) elektrostatische Entladung auf die Eingangs- und Ausgangsstufe wirkt, werden die erste, zweite, fünfte und siebte Schottkydiode 22b, 23b, 26a und 27a durchgeschaltet, und die Dioden mit pn-Übergang, d. h. die sechste und die achte Diode 26b und 27b, haben die Charakteristik eines Sperrschichtkondensators. Im Ergebnis wird die elektrostatische Entladung, entweder über die erste und zweite Diode 22b und 23b oder über die fünfte, sechste, siebte und achte Diode 26a, 26b, 27a und 27b zur Spannungsquelle abgeleitet.
Wenn dabei eine starke positive elektrostatische Entladung wirkt, öffnen die erste und zweite Sicherung 22a und 23a, um keinen Durchschlag durch den Übergang der ersten, zweiten, fünften, sechsten, siebten und achten Diode 22b, 23b, 26a, 26b, 27a und 27b zu erzeugen. So ist es möglich, einen Durchschlag durch den Übergang sowohl der ersten und zweiten Diode 22b und 23b als auch der fünften, sechsten, siebten und achten Diode 26a, 26b, 27a und 27b zu vermeiden.
Wenn die erste und die zweite Diode 22b und 23b als auch die fünfte, sechste, siebte und achte Diode 26a, 26b, 27a und 27b aufgrund eines Durchschlags durch den Übergang kurzgeschlossen würden, würden Eingangs- und Ausgangssignale durch die kurzgeschlossenen Dioden zur Spannungsquelle umgeleitet werden. Die Erfindung ermöglicht es, dass die Schaltung dadurch normal arbeitet, dass ein Durchschlag durch den Übergang dieser Dioden verhindert ist.
Wenn die erste und die zweite Sicherung 22a und 23a öffnen, werden die erste und die zweite Diode 22a und 23a auf sperrend geschaltet, so dass kein Pfad ausgebildet wird. Im Ergebnis kann normaler Schaltungsbetrieb erzielt werden, da die Eingangs- und Ausgangssignale nicht umgeleitet werden.
Wenn dabei eine positive elektrostatische Entladung wirkt, öffnen die erste und zweite Sicherung 22a und 23a, so dass die elektrostatische Entladung über einen Pfad zur Spannungsquelle hin erfolgt, der sowohl mit der fünften und sechsten Diode 26a, 26b als auch der siebten und achten Diode 27a und 27b verbunden ist.
Hierbei öffnen die jeweiligen Metallteile oder Sicherungen automatisch dann, wenn eine Spannung angelegt wird, die der Aktivierungsspannung einer Sicherung entspricht oder größer ist. So kann ein Durchschlag durch den Übergang der Dioden aufgrund eines Lawinendurchschlags verhindert werden.
Wie oben angegeben, weist die erfindungsgemäße Entladungs-Schutzschaltung die folgenden Vorteile auf.
Wenn eine starke elektrostatische Entladung wirkt, öffnet mindestens eine Sicherung, um einen Durchschlag durch einen Übergang einer jeweiligen Diode zu verhindern. Dies ermöglicht es, dass ein Halbleiterbauteil selbst dann normal arbeitet, wenn eine starke elektrostatische Entladung auftritt.

Claims

Schutzschaltung gegen elektrostatische Entladung, gekennzeichnet durch: – eine erste Sicherung (22a) zwischen einer Eingangsstufe und einer Spannungsquelle, die automatisch über die Eingangsstufe geöffnet wird, wenn eine starke positive elektrostatische Entladung wirkt; – eine zweite Sicherung (23a) zwischen einer Ausgangsstufe und einer Spannungsquelle, die automatisch über die Ausgangsstufe geöffnet wird, wenn eine starke positive elektrostatische Entladung wirkt; – eine erste und eine zweite Diode (22b, 23b), deren Anode jeweils mit der ersten bzw. zweiten Sicherung (22a, 23a) verbunden ist und deren Kathode jeweils mit der Spannungsquelle verbunden ist; – eine erste und eine zweite Schutzschaltung (26, 27), die parallel zu einer ersten bzw. zweiten Umgehungsschaltung (22, 23) geschaltet sind; wobei die erste Umgehungsschaltung (22, 23) die erste Sicherung (22a) und die erste Diode (22b) und die zweite Umgehungsschaltung (23) die zweite Sicherung (23a) und die zweite Diode (23b) umfasst, – eine dritte Sicherung (24a) zwischen einer Eingangsstufe und Masse, die automatisch über die Eingangsstufe geöffnet wird, wenn eine starke negative elektrostatische Entladung wirkt; – eine vierte Sicherung (25a) zwischen einer Ausgangsstufe und Masse, die automatisch über die Ausgangsstufe geöffnet wird, wenn eine starke negative elektrostatische Entladung wirkt; – eine dritte und eine vierte Diode (24b, 25b), deren Kathode jeweils mit der dritten bzw. vierten Sicherung (24a, 25a) verbunden ist und deren Anode jeweils mit Masse verbunden ist; wobei die dritte Sicherung (24a) und dritte Diode (24b) eine dritte Umgehungsschaltung (24) bilden und die vierte Sicherung (25a) und vierte Diode (25b) eine vierte Umgehungsschaltung (25) bilden; und – eine dritte und eine vierte Schutzdiode (28, 29) jeweils parallel zur dritten bzw. vierten Umgehungsschaltung (24, 25) geschaltet ist.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite, dritte und vierte Sicherung (22a, 23a, 24a, 25a) automatisch öffnen, wenn eine starke elektrostatische Entladung wirkt.
Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schutzdiode (26) eine fünfte Diode (26a), deren Anode mit der Eingangsstufe verbunden ist, und eine sechste Diode (26b) umfasst, deren Anode mit der Spannungsquelle verbunden ist und deren Kathode mit der Kathode der fünften Diode verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Diode (26a) eine Schottkydiode ist und die sechste Diode (26b) eine Diode mit pn-Übergang ist.
Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schutzdiode (27) eine siebte Diode (27a), deren Anode mit der Ausgangsstufe verbunden ist, und eine achte Diode (27b) umfasst, deren Anode mit der Spannungsquelle verbunden ist und deren Kathode mit der Kathode der fünften Diode verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Diode (26a) eine Schottkydiode ist und die sechste Diode (26b) eine Diode mit pn-Übergang ist.
Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und die vierte Schutzdiode (28, 29) jeweils als Schottkydiode ausgebildet sind, deren Kathode mit der Eingangsstufe verbunden ist und deren Anode mit Masse verbunden ist.
Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite, dritte und vierte Diode (22b, 23b, 24b, 25b) Schottkydioden sind.
Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Eingangs- und Ausgangsstufe wirkende elektrostatische Entladung über die erste und zweite Schutzdiode (26, 27) an die Spannungsquelle abgeleitet wird, wenn die erste und zweite Sicherung (22a, 23a) öffnen.
Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Eingangs- und Ausgangsstufe wirkende elektrostatische Entladung über die dritte und vierte Schutzdiode (28, 29) an Masse abgeleitet wird, wenn die dritte und vierte Sicherung (24a, 25a) öffnen.