专利名称：一种利用自衬底触发npn型三极管的防静电保护电路结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种保护内部电路免受静电伤害的电路，特别涉及一种利用自衬底触发NPN型三极管的防静电保护电路结构。
背景技术：
目前静电对于电子产品的伤害一直是不易解决的问题，特别是在HV电路中，多使用NPN三极管作为ESD保护结构，但由于布局问题易造成并联的三极管开启不均匀。
当今流行的工艺技术使用CMOS(互补金属氧化物半导体，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor)作为静电放电(ESD，Electrostatic Discharge)保护器件，当ESD发生时，泄放的静电电荷会造成保护管Nmos(N-channel metal-oxide semiconductor，沟道金属氧化物半导体)的寄生三极管导通，如图1所示；且会产生Snapback(阶跃恢复)的现象，如图2；而真正的泄流区域是在BC区域，是利用NPN三极管的电流放大特性，由于在高压LCD产品中受PAD面积限制，在保证满足ESD保护能力的前提下，出现了利用NPN结构作为ESD保护。但NPN结构在运用中发现工艺上的差异会造成并联在一起的保护管开启电压不一，即不能同时发挥所有保护管的泻流能力，造成实际的ESD保护能力与理论的相差甚远，因此如何保证所有保护管在ESD发生时能均匀的开启泻流，充分发挥每一并联的NPN的保护能力是一个问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用NPN型三极管的防静电保护电路结构，以解决在HV工艺下使用NPN作为ESD保护时，保护管不能均匀导通泻流造成ESD保护能力不高的问题。
为解决上述技术问题，本发明电路结构使用自衬底触发NPN型三极管作为静电保护的基本器件构成电路时，NPN型三极管为偶数个且至少为四个，该NPN型三极管集电极都并联，保护管电路中央设置一对NPN型三极管且其基极、发射极并联，并与其余两边的NPN型三极管的基极相连，其余两边的NPN型三极管的发射极并联接地；当居中的NPN的基极与发射极PN结正向导通时，其电流会分流到与其相连的两端的NPN的基极中，而使两侧的NPN的基极与发射极极短的时间内正向导通；当居中的NPN的基极与发射极PN结正向导通时，其电流会分流到与其相连的两端的NPN的基极中，而使两侧的NPN的基极与发射极极短的时间内正向导通。
本发明的电路结构在不改变工艺条件的情况下，通过改变并联NPN连接方式，采用自衬底触发的原理，有效的解决了并联的NPN保护器件在ESD发生时的开启电压不一，造成ESD保护能力不能充分发挥的问题。
图1是现有技术中静电电荷造成保护管Nmos寄生三极管导通现象；图2是现有技术中静电电荷造成的Snapback的现象；图3是本发明的电路连接方式示意图；图4是本发明的结构示意图；图5是本发明一个具体实施例的布局图；
图6是图5所示具体实施例的电路连接方式。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
首先说明本发明的原理。NPN三极管在ESD发生时，由于NPN的基极与发射极的PN结在泻流时应处于正向导通，所以基极上加的偏压应比发射极高0.7V，这个偏压与衬底电流与衬底电阻有关，在衬底电流不变的情况下，衬底电阻越大，基极上的偏压越大，则NPN越能更早的导通。但实验证明在ESD发生时总是居中的NPN先导通，这样可能因放电途径的单一而造成ESD保护能力很低。于是，为了平衡并联的NPN同时导通，充分发挥并联的NPN的泻流能力，本发明的电路结构设计了自触发式NPN结构，如图4即是本发明的结构示意图。其工作原理是，将居中的NPN的发射极与两侧的NPN的基极(即衬底)相连，当居中的NPN的基极与发射极PN结正向导通时，其电流也会分流到两侧的NPN的基极中，提高其衬底电流，而使两侧的NPN的基极与发射极极短的时间内正向导通，进入线性放大区，因此放电途径单一的问题得到了解决。如图3是本发明的电路连接方式示意图；如图所示，NPN型三极管集电极都并联，保护管电路中央设置一对NPN型三极管且其基极、发射极并联，并与其余两边的NPN型三极管的基极相连，其余两边的NPN型三极管的发射极并联接地；当居中的NPN的基极与发射极PN结正向导通时，其电流会分流到与其相连的两端的NPN的基极中，而使两侧的NPN的基极与发射极极短的时间内正向导通。
下面以一个具体实施例，对本发明作进一步具体说明。
该具体实施例以4个并联的NPN保护管为例，其布局图(Layout)如图5所示，电路连接方式如图6所示。如图所示，电路两端各设置一个NPN型三极管且基极、发射极并联，电路中央各设置一个NPN型三极管且其基极、发射极并联且NPN型三极管集电极都并联；同样当居中的NPN的基极与发射极PN结正向导通时，其电流会分流到与其相连的两端的NPN的基极中，而使两侧的NPN的基极与发射极极短的时间内正向导通。
综上所述，本发明的电路结构在不改变工艺条件的情况下，通过改变并联NPN连接方式，采用自衬底触发的原理，将居中的NPN的发射极与两侧的NPN的基极(即衬底)相连，有效的解决了并联的NPN保护器件在ESD发生时的开启电压不一，造成ESD保护能力不能充分发挥的问题。
权利要求
1.一种利用自衬底触发NPN型三极管的防静电保护电路结构，使用NPN型三极管作为静电保护的基本器件构成保护管电路时，其特征在于，所述NPN型三极管为偶数个且至少为四个，该NPN型三极管集电极都并联，该保护管电路中央设置一对NPN型三极管且其基极、发射极并联，并与其余两边的NPN型三极管的基极相连，其余两边的NPN型三极管的发射极并联接地；当居中的NPN的基极与发射极PN结正向导通时，其电流会分流到与其相连的两端的NPN的基极中，而使两侧的NPN的基极与发射极极短的时间内正向导通。
全文摘要
本发明公开了一种利用NPN型三极管的防静电保护电路结构，使用自衬底触发NPN型三极管作为静电保护的基本器件构成电路时，NPN型三极管为偶数个且至少为四个，该NPN型三极管集电极都并联，保护管电路中央设置一对NPN型三极管且其基极、发射极并联，并与其余两边的NPN型三极管的基极相连，其余两边的NPN型三极管的发射极并联接地；当居中的NPN的基极与发射极PN结正向导通时，其电流会分流到与其相连的两端的NPN的基极中，而使两侧的NPN的基极与发射极极短的时间内正向导通；当居中的NPN的基极与发射极PN结正向导通时，其电流会分流到与其相连的两端的NPN的基极中。本发明可以解决在HV工艺下使用NPN作为ESD保护时，ESD保护能力不高的问题。
文档编号H02H9/00GK1979861SQ20051011128
公开日2007年6月13日 申请日期2005年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者金锋, 苏庆, 徐向明 申请人:上海华虹Nec电子有限公司