小屏TFT-LCD驱动芯片ESD保护电路设计

摘要

ESD就是静电放电,在人们的日常工作生活中,ESD现象无处不在。大多数电子产品在使用期内99％的时间都处于一个充满ESD的环境之中,ESD可能来自人体、机器、甚至产品自身。由于集成电路(IC)体积非常小,在电子产品内部,集成电路是最容易遭受ESD的冲击而失效。ESD可以使IC产生完全的破坏,也有可能会导致产品栅锁、复位、数据丢失和不可靠。它的形成原理和控制在传统的半导体电路设计教科书很少提及。不过,目前已经有许多关于ESD保护电路设计和相关物理原理的工作成果,发表了大量的期刊论文和学术研讨会会议论文。 随着IC制作技术的进步,电路的尺寸呈摩尔定律式越来越小,现在已经进入深亚微米阶段。尺寸的减小可以增加IC的性能及运算速度,还可以降低每颗IC的制作成本。另外,还出现了一些新的制作工艺。许多实验表明,一些新的制作工艺会使电路的抗ESD性能大幅下降,如LDD,Silisade,Polyside和Salisade等。ESD设计工程师面临更大的挑战。 本论文介绍了ESD的产生原因及测试方法。针对TFT_LCD Driver驱动芯片特点,讨论了CMOS工艺下,从器件结构,元件,电路到系统针对加强IC的ESD保护而采取的不同措施,提出了新型的器件结构和电路结构,在节省电路面积的基础上,增强了电路的ESD防护能力。 在TSMC0.18μm CMOS工艺中进行成功流片和验证,测试结构表明在HBM模式下,可以承受2.5KV的ESD冲击,达到了设计的目的。 本论文提出的ESD保护电路,不仅可以用于小屏的TFT_LCD驱动芯片。而且可以为其它类似电路设计提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的背景和意义

1.2课题的重点和主要内容

第二章ESD保护电路设计基础知识介绍

2.1 ESD放电模式

2.2 ESD测试组合

2.3 ESD测试方法

2.4传输线脉冲(TLP)测试法

2.5 ESD故障分析判断

第三章ESD保护电路常用器件介绍

3.1电阻器的ESD性能

3.2二极管的ESD性能

3.3三极管的ESD性能

3.4 MOS的ESD性能

3.5 SCR(Silicon-controlled rectitier)的ESD性能

3.6本章小结

第四章TSMC 0.181μm CMOS高压工艺介绍

4.1低压、中压、高压器件特性

4.2 Asymmtric HV MOS工艺介绍

4.2.1 Asymmetric HV NMOS的制作工艺

4.2.2 Asymmetric HV PMOS的制作工艺

4.3 Isolation MOS工艺介绍

4.4 Symmtric MOS工艺介绍

4.4.1 Symmtric NMOS的制作工艺

4.4.2 Symmetric HV PMOS的制作工艺

4.5高压工艺中低压、中压器件的制作方法

4.5.1制作低压、中压器件的原理

4.5.2低压、中压器件的制作工艺

4.6 NBL对ESD性能的影响

4.6.1.MOS中的各种NBL结构和作用

4.6.2各种NBL结构的ESD性能

4.7本章小结

第五章ESD保护电路设计和电路布局

5.1 GATE/SOURCE保护电路设计

5.1.1 GATE的保护电路设计

5.1.2 SOURCE的ESD保护电路

5.2输入、输出、I/O PAD的ESD保护电路设计

5.2.1输入PAD ESD保护电路结构

5.2.2输出PAD的ESD电路结构

5.2.3 I/O PAD的ESD电路结构

5.3电源的钳位电路

5.3.1钳位电路的作用

5.3.2 Power Clamp整体布局

5.3.3 Power Clamp的RC侦测电路

5.4电路的总体布局

5.4.1TFT_LCD驱动芯片的结构

5.4.2 ESD保护电路的布局

5.5本章小结

第六章参数调节和测试分析

6.1器件尺寸调节

6.2 Ⅰ-Ⅴ曲线测试方法分析和失效定位分析

6.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢