带ESD保护功能的耗尽型MOSFET：提升电子设计与制造的可靠性

时间： 2024-10-09 来源：方舟微

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在电子设计和制造领域，功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）是不可或缺的组件。这些器件因其高栅极阻抗而受到广泛应用，但同时也对静电放电（Electrostatic discharge，ESD）非常敏感。由于MOSFET的ESD损坏通常发生在栅源电压高到足以在栅电介质上产生电弧的情况下，这可能导致栅氧化物层损坏，进而引发器件立即或随后的故障。因此采取有效的ESD保护措施对于保持设备的可靠性至关重要。

正确的包装、操作人员的防静电保护、适当的测试准备都是保护这些高性能器件在高静电环境下运行的关键措施，除此之外，还可以选择带有ESD保护功能设计的产品，大大降低电子设备因静电放电导致的故障率，保证产品的稳定性和可靠性。

AD421应用手册上推荐的DN3545、DN2540、DN3525等DN25D系列，不带ESD保护功能，而ARK（方舟微）系列产品DMX1072（DMS1072）/DMS4022E（DMX4022E）均带ESD保护功能。上述耗尽型MOSFET的ESD保护测试采用通用的美国电子工业协会JEDEC EIA/JESD22-A114（HBM）标准，人体放电模式的ESDVESD（G-S）分别达到1700/3500V，可以对各种环境下的静电干扰起到很好防护作用，大大增加了系统的安全性和稳定性。分别从以下几方面就ESD保护进行分析比较：

1. 产品设计比较

从DN2540产品和DMS4022E产品的规格书上可知，两款产品的结构如图 1 所示：

图 1 产品结构示意图

从各自的结构示意图上可以明显看出，在DMS4022E的栅-源两端并联有双向ESD保护二极管，而DN2540的栅-源结构上没有ESD保护设计。

2.实际ESD（HBM）测试结果比较。

为进一步验证国产器件DMS4022E和进口器件DN2540的ESD功能，分别各抽样20颗，采用美国电子工业协会关于防静电干扰的测试标准：JEDEC EIA/JESD22-A114，采用HBM模型进行测试，测试电路原理图如图2：

图2 ESD（HBM）测试原理图

测试结果如表1：

表 1 DMS4022E、DN2540人体模型下ESD失效数据

在具体实验中，由于模拟的静电高压设备最低电压为200V，DN2540在200V模拟静电下，20颗均失效，说明完全没有静电保护功能，在操作中稍有不慎，器件本身失效，对系统的稳定供电和抗瞬态干扰的目的均不能实现。而DMS4022E 在GTOS（+）初始电压：200V 步长：100V条件下，3600V失效，GTOS（-）初始电压：200V 步长：100V条件下，3500V失效。按照美国电子工业协会JEDEC EIA/JESD22-A114（HBM）器件电压分类标准：2 级：2000V~3999V，3A级：4000V~8000V，DMS4022E完全达到2级ESD保护标准，接近3A级ESD保护标准。能够有效抑制静电干扰，全方位保护智能变送器的性能稳定和工作安全。

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方舟微提供以下耗尽型MOSFET选型：BVDSS (V)：60-1200，ID (A)：0.01-16，RDSON(Ω) Max.：0.064-1000，提供SOT-223/SOT-89/SOP-8等多种封装，带ESD防护功能。

产品型号	品类	BVDSS (V)	RDSON(Ω) Typ.	ID (A)	VGS (V)	Package
DMZ1511NE	耗尽型MOSFET	150	10~25	0.1	-3.3~-1.5	SOT-23

选型表 - 方舟微立即选型

方舟微耗尽型MOSFET在工业传感器、智能变送器中的应用

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型号- DMB21R120A,DMP21R120A

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描述- 成都方舟微电子有限公司成立于2008年，是国内唯一专注耗尽型MOSFET设计的公司。专业从事功率器件的研发、制造与销售,并提供电源管理、电路保护解决方案，ARK可根据客户需求,提供高端定制开发。公司专注于技术创新和应用创新，是以应用为导向不断提升技术水平的行业领军者。以市场需求带动创新研发，以技术发展引导应用升级，是ARK一贯宗旨。产品以集成控制的方式提供具有出众的功率处理和电源管理能力，自主研发的耗尽型MOSFET、SiCFET、PHOTOMOS继电器、IC集成功率器件等系列产品大量用于快充、LED、工业控制、电动汽车、通信电路、物联网、光伏、服务器电源和充电桩等领域。

型号- AKP10M60R,DMD4523E,FTP0P1N15G,DMD12C60EA,AKZ35V15R,DMZ32C15EA,DMD02R50A,DMD8515E,DMZ11C60EA,DMX1072,DMZ61C60EA,AKM120N040T4A,DMX4022E,DMZ25R13EA,DMZ12C15A,DJDO1R120A,DMX25R10EA,DMS04R60A,DMZ25R10EA,DMX11C60EA,FTS10N15G,DMZ1511E,DMS6014E,DMS8550E,DMX5530E,FTZ30P35G,DMX42C10A,AKZ25V15R,DMB16C20A,FTS01N15G,FTF15C35G,AKZ16V15R,DMZ85200E,DMS42C10A,DMX22C40A,FTZ15N35G,DMS22C40A,FTE02P15G,DMZ1520E

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耗尽型MOSFET 增强型MOSFET 保护器件

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DMZ1015E/DMX1015E是方舟微超高阈值电压耗尽型功率MOSFET，采用专有超高阈值电压技术开发和制造。通过使用亚阈值特性，耗尽型MOSFET可以为负载提供稳定的功率，并且可以在不使用齐纳二极管的情况下由内部钳位保护负载，并且降低了电路损耗。

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ARK Microelectronics Co., Ltd. Product Manual

型号- DMZ1315E,FTD06N70CG,DMW17002A,DMD4527,AKM120N080T3A,DMD4523E,DMP10003A,DMU4523D,DMB10080,DMZ6022E,DMX0602,FTP150N12,DMX1015E,FTD04N60AG,FTE10C35G,DMS1072,DMB17001A,DMX2023,DMX1315EL,FTP85N26L,AKF30N5P0SX,FTS10N15G,DMZ1521E,DMS6014E,DMX15C40EA,DMW10010A,DMU4527,FTZ30P35G,DMB16C20A,DMZ6005E,DMG2016A,FTU4N65CG,DMX5003,FTZ15N35G,AKM120N020T4A,FTB200N11,DMX1315E,DMX6022E,DMX4030,FTG08C20G,FTE02P15G,AKM120N040T3A,FTB80N3P5,DMZ1015E,DMZ1520E,DMB10003A,AKP10M60R,DMW1016A,DMZ1315EL,DMZ8502E,AKF20P45D,DMZ8510E,DMX1514E,DMZ20C15E-A,DMZ6012E,DMZ8530E,FTP60N16L,FTF100N7P5GX,FTP02P15G,DMX1072,AKM120N020T3A,FTE15C35G,AESD05V08ZS,AKM120N040T4A,DMX4022E,DMA4523D,DMS2023,DMR1514E,DMZ1511E,FTE08C20G,FTF100N10GX,AKM120N080T4A,DMX5530E,FTS01N15G,DMZ8523E,FTF15C35G,AKC20N30DX,DMP5006A,DMB4523E,FTX15N35G,AESD12V04ZS,FTP40N1P5L,DMP4523D,FTX30P35G,DME6010D,DMB12008A,DMS4030,DMS4022E,DMB2014,DMS6013E,DMP10080

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