ESD保護ダイオードの利点は？

質問

ＥＳＤ保護ダイオードというものがありますが、これは、一般のダイオード２個を使って電源とGND間にクランプして接続する方法と比較してどういうメリットがあるのでしょうか？（ESD保護ダイオードは低容量品を除いて端子間容量も大きい感じですし、これを使うメリットがよく理解できてません）

回答No.3

xpopo · ベストアンサー

使用するダイオードの数が１本で済むだけではなく、以下のような違い、メリットがあります。

　一般のダイオード２個を使って電源とGND間にクランプして接続する方法の場合、プラス極性の
ESDが加わった場合、電流はダイオードの順方向に流れて電源へ流れ込みます。電源に流れ込ん
だ大きな電流によって電源の電圧が上昇します。それにより電源にぶら下がっている他の部品が
破壊される、あるいは電源が破壊されてしまう危険性があります。

　一方、ESD保護ダイオードは構造的にはツェナー・ダイオードですので、プラス極性のESDが加
わった場合にはそのツェナー電圧（通常数V)で電圧がクランプされます。また、電流は
ダイオードのカソードからアノードを経由してGNDへ流れます。

　結果として、クランプダイオードの場合のような電源への流れ込みは起きません。

　また、マイナス極性のESDが加わった場合は両方ともGNDからダイオードの順方向に電流は流れ
ます。したがってマイナス極性のESDに対しては全く同じ動作になります。

　容量については高速なラインに使用する場合は低容量品が選べますので地区に問題には
ならないようでです。

お礼

電源に流れれば大丈夫だと思ってましたが瞬間的には他の部品の破壊してしまうような電圧上昇も発生してしまうんですね。知りませんでした。ありがとうございました。

補足

質問とは直接関係のない内容で恐縮ですが、ちょっと新たな疑問が出てきました。
電源オフ時に静電気が加わった場合は、このESDダイオードが接続されている部分はツェナー電圧でクランプされますが、電源部分は0Vのままなので、通常のIC(絶対最大定格は電源電圧+0.3V程度以内)の保護にならない気がしますが、こういう用途では使用しないものでしょうか。

回答No.4

xpopo

>質問とは直接関係のない内容で恐縮ですが、ちょっと新たな疑問が出てきました。
>電源オフ時に静電気が加わった場合は、このESDダイオードが接続されている部分は
>ツェナー電圧でクランプされますが、電源部分は0Vのままなので、通常のIC(絶対最大
>定格は電源電圧+0.3V程度以内)の保護にならない気がしますが、こういう用途では
>使用しないものでしょうか。

通常、一般にICの入出力ｐｉｎのチップ側のボンディング・パッドには対ＧＮＤおよび
対電源ラインに対してクランプダイオードが内蔵されています。電源が入っていない状態で
静電気が印加されれば、ＥＳＤダイオードのツエナー電圧まではこの内蔵されている
クランプダイオードを介してＩＣの電源ｐｉｎへ電流は流れます。その電流は主に電源ｐｉｎ
に接続されているデカップコンデンサへの充電電流として流れます。電源が入っている
状態ですと、ＩＣはラッチアップを起こして大きな電流が電源端子からＧＮＤへ向けて
ＩＣ内部に流れ、ＩＣが破壊される可能性が大きくなります。
電源が入っていないとこのラッチアップは起きても電流を流し続ける能力が無い（電源が
offしているので）のでICが破壊される可能性は低くなります。また内蔵のクランプ
ダイオードは通常大きな面積の接合部で設計されていて、かなり大きな電流を流せます
のでデカップコンデンサの充電電流では破壊されません。（充電開始時の電圧はたかだか
ESDダイオードのツェナー電圧に抑えられているのでそんなに大きな電流にはならない
ので）

お礼

詳しい説明ありがとうございました。かなり理解できた気がします。

回答No.2

tadys

メーカーは￥０．１を争うようなコストダウンをしています。
部品の数が１個減る事により、部品代が安くなります、部品を基板にマウントする時間が短くなります（時間もコストです）、マウントする基板に部品を供給する為に機械を止める時間が短くなります。
他にダイオードを多数使っていて、保護ダイオードが１個だけというような状況では部品の種類が増える事でマウント機械の使用効率が下がるので、他の用途のダイオードを使用する事も有ります。
（例えば１００種類の部品をマウントできる機械で１０１種類をマウントする場合は効率悪いでしょ）

メーカーはセットの小型化、軽量化を競争しています。(コストダウンにもつながる）
部品点数が少ないほうが基板面積が小さくなります。
重量も少なくなります。（最近のデータシートには部品の質量が乗っている事も珍しくはありません）
部品点数が増えると部品間を結ぶ為の配線部分が増えるので基板面積が増加します。

容量が大きいとサージの電圧が下がるのでESDからの保護には好都合です。
もちろん、高速の信号線には容量の大きいものは使用出来ません。

お礼

部品点数削減という理由も、やはりあったんですね。ありがとうございました。

回答No.1

kbtkny

>どういうメリット
耐電流容量が高い事がESDダイオードの特徴です。
静電気の電流で破壊されないと言う事です。

半導体のESD試験方法にHBM（ヒューマンボディモード）
と言うのがありますが、その2000V試験では瞬時に1A以上
の電流が流れます。数値は忘れましたがMM（マシンモード）
200V試験では、それ以上の電流が流れます。

そのため、小型のダイオードでは、ESD回路そのものが発熱で（？）
壊れてしまいます。

他のダイオードで代用もできますが、電流容量に注意して使って下さい。

参考まで。

お礼

なるほど、電流容量の違いなんですね。ありがとうございました。（メール設定がうまくいってなく返事が来てないと思ってましたので返答が遅くなりました）