一种指纹阵列IC内置ESD防护结构论文和设计-许达文

全文摘要

本实用新型提供一种指纹阵列IC内置ESD防护结构，包括静电泄放电路，所述静电泄放电路包括连接在一起的电阻和钳位器件，所述钳位器件还接地连接；指纹阵列的每个最小采样单元的接收平板与电容连接，电容的另一端与静电泄放电路的电阻的另一端连接。本实用新型的接收平板通过电容感应到空气放电电荷后，通过静电泄放电路的电阻限流，再通过钳位器件泄放，保护了内部电路。

主设计要求

1.一种指纹阵列IC内置ESD防护结构，其特征在于：包括静电泄放电路，所述静电泄放电路包括连接在一起的电阻和钳位器件，所述钳位器件还接地连接；指纹阵列的每个最小采样单元的接收平板与电容连接，电容的另一端与静电泄放电路的电阻的另一端连接。

设计方案

2.如权利要求1所述的指纹阵列IC内置ESD防护结构，其特征在于：指纹阵列的每个最小采样单元具有两个接收平板，其中一个接收平板通过电容与静电泄放电路连接。

3.如权利要求1所述的指纹阵列IC内置ESD防护结构，其特征在于：指纹阵列的每个最小采样单元具有两个接收平板，两个接收平板分别与各自对应的电容连接，两个电容分别与各自对应的静电泄放电路连接。

4.如权利要求1、2或3所述的指纹阵列IC内置ESD防护结构，其特征在于：所述钳位器件为二极管，二极管的负极与静电泄放电路的电阻连接，二极管的正极接地。

5.如权利要求1、2或3所述的指纹阵列IC内置ESD防护结构，其特征在于：所述钳位器件为三极管。

6.如权利要求1、2或3所述的指纹阵列IC内置ESD防护结构，其特征在于：所述钳位器件为MOS管。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于芯片技术领域，涉及一种指纹阵列IC内置ESD防护结构。

背景技术

IC芯片是将大量的微电子元器件形成的集成电路放在一块塑基上，然后做成一块芯片，而今几乎所有看到的芯片，都可以叫做IC芯片，随着科学技术的不断发展和不断进步，IC芯片已经广泛应用在我们生活的各个领域，但是IC的控制模块容易受到接入电流静电的影响，进而影响IC芯片的性能。

半个世纪以来，静电在电子行业引起的着火、爆炸等事故不胜枚举。仅美国电子行业每年因静电造成的损失就高达几百亿美元，因此，静电防护在减少损失、提升品质和消费效率方面具有重要的意义。

随着导体技术和集成电路行业的迅速发展以及广泛应用，体积小、集成度高的器件越发受市场欢迎，这种需求也导致导线间间距越来越小，内部氧化膜逐渐变薄，同时也导致器件对静电的影响十分敏锐，以至于一些微小电压就可能击穿这些电子器件。而电子产品在生产、运输、储存和转运等一系列过程中所产生的静电电压却远远超过其耐压值，这就可能造成器件的击穿或失效，影响产品的可靠性。所以必须要重视静电的防护，从根本上解决这个问题。

在电子行业中，静电放电(ESD)的能量对于传统器件的影响，不易被人们察觉。但对于因线路间距短，线路面积小而导致耐压降低、耐流容量减少的高密集元器件来讲，ESD往往会成为其致命的杀手。

静电放电还能造成更严重的问题，任何部件测试时，可能并没有发现由于静电放电所造成的器件残次，如果在后续装配工序发现器件失效，将导致返工或更换器件造成的成本增加。一旦器件在工作现场失效，其修理或更换费用，会比制造阶段发现并解决问题所需要的费用多花100倍以上。有些电子元器件受到静电放电损伤后，仅表现出产品某些性能参数的下降，但尚未达到完全失效的程度，如不进行全面地检测往往无法发现。例如数字集成电路在静电放电损伤后电流输入电平的增加，在电路功能测试时一般不会被发现；或者静电放电使产品出现可自愈的击穿或其他非致命的损害，但这种效应可以累加，从而形成潜在的隐患，在继续使用的情况下可发生致命失效，既难以预料又不可能事先筛选。

实际使用中，由于半导体指纹采集器件表面被暴露于空气中，所述用来隔离人体皮肤表面和检测电极的绝缘保护层仅是一层很薄的保护膜，而通常情况下人体最高可以携带几千伏甚至过万伏的静电电压(尤其在北方干燥的环境下这种情况十分常见)，这样，上述指纹采集过程中，静电电压也可以通过所述各板间电容而耦合至各检测电极，再经过该检测电极传导至传感器的内部工作电路，将对半导体指纹采集器件造成不可恢复的破坏。因此，如何增强静电防护功能，是半导体指纹采集器件增强市场竞争力的关键考虑点之一。

目前，由于电容式指纹阵列庞大，至少有几万个采样点需要保护，因此在设计上有很多限制；通过指纹模组工艺的调整或降低增益灵敏度来达到保护的结果。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种指纹阵列IC内置ESD防护结构，可以极大提高抗空气放电能力，而且面积很小，采用本实用新型，可以让指纹检测灵敏度提高，简化模组工艺设计。

本实用新型提供的指纹阵列IC内置ESD防护结构，包括静电泄放电路，所述静电泄放电路包括连接在一起的电阻和钳位器件，所述钳位器件还接地连接；指纹阵列的每个最小采样单元的接收平板与电容连接，电容的另一端与静电泄放电路的电阻的另一端连接。

接收平板通过与其连接电容感应到空气放电电荷后，通过静电泄放电路的电阻限流，再通过静电泄放电路的钳位器件泄放，保护了内部电路。

指纹阵列的每个最小采样单元具有两个接收平板，其中一个接收平板通过电容与静电泄放电路连接。本实用新型还可以将两个接收平板分别与各自对应的电容连接，两个电容分别与各自对应的静电泄放电路连接。

本实用新型所述钳位器件为二极管，二极管的负极与静电泄放电路的电阻连接，二极管的正极接地。本实用新型所述钳位器件为三极管或MOS管。

本实用新型的有益效果：本实用新型接受平板通过电容方式感应到空气放电电荷后，通过电阻限流，再通过钳位器件泄放，保护了内部电路。通过设置内部空气放电防护结构，降低了对其它部分的设计要求，更易于提高检测灵敏度，降低对指纹模组的涂覆层、封装的要求。

附图说明

图1是指纹采样阵列示意图；

图2是指纹采样阵列一个采单元(PIXEL)的示意图；

图3是指纹采样阵列的常用采样原理图；

图4是本实用新型指纹采样阵列的采样示意图一；

图5是本实用新型指纹采样阵列的采样示意图二；

图6是本实用新型指纹采样阵列的采样示意图三；

图7是本实用新型指纹采样阵列的采样示意图四；

图8是本实用新型指纹采样阵列的采样示意图五。

具体实施方式

如图1、2、3所示，指纹阵列IC包括若干采样单元(PIXEL)，形成指纹采样阵列。每个指纹采样阵列的一个最小采样单元具有两个接收平板(A、B)。如图3所示，是指纹采样阵列的常用采样原理图，接收平板A与电容CA连接，接收平板B与电容CB连接，电容CA、电容CB分别接指纹采样电路，具体来说，电容CA、电容CB分别连接电容CC的两端，电容CA还与放大器AMP的负极连接，电容CB还与放大器AMP的输出端连接，放大器AMP的正极与基准电压VREF连接。

如图4所示，图中示出了两条静电泄放电路，其中一条静电泄放电路的电阻RA的两端分别连接电容CA和二极管DA的负极，二极管DA的正极接地，电容CA的另一端接接收平板A。另一条静电泄放电路的电阻RB的两端分别连接电容CB和二极管DB的负极，二极管DB的正极接地，电容CB的另一端接接收平板B。电容CC的两端分别接在电阻RA与二极管DA之间，以及接在电阻RB与二极管DB之间，放大器AMP的负极接在电阻RA与二极管DA之间，放大器AMP的输出端接在电阻RB与二极管DB之间，放大器AMP的正极与基准电压VREF连接。

图4中的静电泄放电路可以只保留一条。如图5所示，取消电阻RA与二极管DA，则，电容CA的一端连接接收平板A，另一端分别连接电容CC、放大器AMP的负极，电容CB的两端分别接接收平板B和电阻RB，电阻RB的另一端分别连接电容CC的另一端、二极管DB的负极、放大器AMP的输出端，二极管DB的正极接地。也可以如图6所示，取消电阻RB与二极管DB，则，电阻RA的两端分别连接电容CA和二极管DA的负极，二极管DA的正极接地，电容CA的另一端接接收平板A，电容CB的两端分别接接收平板B、放大器AMP的输出端，电容CC的两端分别接在电容CB与放大器AMP的输出端、电阻RA与二极管DA之间，放大器AMP的负极接在电阻RA与二极管DA之间，放大器AMP的正极接基准电压VREF。

本实用新型通过在内置接收电容端设置限流电阻、钳位器件方式，以达到提高空气放电耐压的目的，接收平板A\/B通过电容方式(CA\/CB)感应到空气放电电荷后，分别通过RA\/RB电阻限流，再通过DA\/DB泄放，保护了内部电路。图4、5、6中的二极管DA、二极管DB还可以替换成其他钳位器件，如三极管、MOS管等。如图7所示，采用三极管Q1，三极管Q1的基极、发射极接地，集电极接放大器AMP的负极。如图8所示，采用MOS管M1，MOS管M1的漏极接放大器AMP的负极，栅极、源极接地。

设计图

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