随着便携式数码、智能穿戴、小型工业传感模块不断向微型集成、高速信号传输、高可靠性演进,设备PCB板布局空间持续压缩,高速接口芯片耐压能力薄弱,静电浪涌防护需求激增,这也对ESD防护器件的钳位性能、结电容、续流控制与场景适配能力提出了细分且严苛的选型要求。

一、回扫型与传统ESD器件区别
器件区分依据
区分两类ESD器件的核心依据为IV特性曲线,二者电学特性差异显著。

回扫型ESD器件特性
回扫型ESD器件又称负阻器件,电学特性特殊:当器件导通、电流达到一定数值后,两端工作电压会反向降低,呈现明显的负阻特性。
传统ESD器件特性
传统ESD器件无负阻特性,工作电压与工作电流呈正相关关系,电流越大,器件两端电压越高。
二、回扫型ESD的核心优势
低钳位电压设计目的及防护原理
设计采用回扫工艺的核心目的,是降低器件的钳位电压(VC)。钳位电压是ESD防护的核心指标,作用是将电路中几KV甚至二十几KV的高压静电、浪涌杂波,压制到后端芯片可承受的电压范围(十几V至几十V),以此保护芯片不被高压击穿。
以ME5V0U1BAAS这颗DFN0603封装的5V 系列回扫 ESD为例,专为高速差分信号线路设计:
l 小型化封装,占用 PCB 面积小,适配便携设备、高密度板卡布局;
l 5V不动作电压,兼容各种信号;
l 静电防护等级高,空气放电 ±20KV、接触放电 ±15KV;
l 超低VC 仅 4V,浪涌冲击下对精密高速芯片保护能力极强;
l 低电容,IO-GND typ=0.3,应用于差分线,IO-IO之间小于0.2pF
两类器件实测对比说明
相较于传统ESD器件,回扫型ESD器件的钳位电压(VC)大幅降低,防护效果更优异。通过8/20us波形对两类器件进行实测对比,数据差异明显:
1、传统ESD器件:峰值电流4.12A时,钳位电压VC为20.6V;
2、回扫型ESD器件:峰值电流6.8A时,稳态钳位平台电压仅3.04V(器件短时电压尖峰持续时间极短,防护效果以稳态平台电压为准)。
实测结果充分证明,回扫型ESD器件的钳位能力远优于传统ESD器件。

三、回扫型ESD器件的固有弊端:续流失效问题
回扫型ESD器件防护性能优异,但无法完全取代传统ESD器件,核心原因是存在“关不断”的续流问题。
续流问题产生原理
从IV曲线特性来看,回扫型ESD器件与TSS、GDT器件特性高度相似,本质属于开关型器件,导通后无法自主关断。器件导通后,必须满足以下任一条件才能恢复关断状态:一是器件两端电压低于维持电压VHOLD;二是流过器件的电流低于维持电流IHOLD。
续流带来的应用风险
目前主流深回扫ESD器件的维持电压VHOLD最低可至2V左右,而常规电路芯片供电电压多为3.3V、5V,部分电源口电压更高。若在供电端口使用回扫型ESD器件,静电触发器件导通后,供电电源会持续为器件提供电流,导致器件持续导通、无法关断,最终出现短路失效的问题。
与TSS器件的差异说明
虽然回扫型ESD与TSS器件均存在续流问题,但二者工艺、参数精度差异极大。回扫型ESD器件对触发电压Vtr、维持电流IHold、维持电压VHold的参数控制更精准,内部制作工艺也与TSS器件完全不同。
四、回扫型ESD器件选型及应用场景
器件选型总体原则
基于回扫型ESD器件的优缺点,其应用场景有明确边界,不可通用,需结合电路端口类型选型。
慎用场景:电路供电口
常规供电端口不推荐使用回扫型ESD器件,优先选用传统ESD或TVS器件,可彻底规避续流导致的短路失效风险。
仅特殊工况可酌情使用:需确认电路供电电压、工作电流分别小于器件的维持电压、维持电流,且预留充足设计余量。
优选场景:高速信号口
高速信号端口是回扫型ESD器件的核心应用场景。高速信号端口的IC芯片,随信号传输速率提升,内部走线线宽更小,芯片耐压、抗静电能力更弱,对静电防护等级要求更高。
同时回扫型ESD器件结电容极低,不会造成高速信号衰减、失真,搭配其超低钳位电压的优势,可最大程度保护高速精密IC。选型时需综合考量成本、后端芯片耐压极限,匹配适配的器件规格。
五、选型推荐
总而言之,供电口优选传统的ESD或TVS,高速信号口,可以选VC更低的回扫型ESD,但是也要综合成本及后端IC的耐受程度评估,选择合适的ESD器件。
以下是MDD常用的一些回扫型器件,供各位选择。
