[发明专利]与ESD/过电压/反极性保护相组合的集成先进铜熔丝

说明书

背景技术

熔化熔丝用于保护电子设备免受过度电流，所述过度电流可能损害被供电的设备。这些电流已知为过电流(over-current)，沿熔丝内电流路径的一部分传递，将破坏或者烧断所述熔化熔丝。烧断的熔丝将电流源和电子设备断开。在典型的情况下，将在烧断之后更换熔丝。熔丝对电源和由电源供电的电子设备加以保护。例如在不存在熔丝的情况下，被供电的设备中的短路将引起电源过载，并且可能损坏或者破坏电源。提供过电流的电源故障将强制被供电的电子设备承受过电流(被供电的电子设备并没有被设计成能够承受的电流)，并且也将损坏或者破坏被供电的电子设备。

理想的熔丝根本没有电阻，不会随寿命而劣化，并且一旦达到规定的最大电流就烧断。实际上，实践中的熔丝具有：内部电阻，依赖于通过熔丝的工作电流的有限寿命，以及在规定的过电流的发生和熔丝的保护动作(破坏)之间的时滞(lag time)。针对熔丝的典型规范将定义：在流过熔丝的限定直流电流下的最小寿命、针对另一个直流电流的烧断时间以及熔丝的内部电阻。典型地，熔丝内置了时滞，使得熔丝不会被大电流短脉冲破坏。针对这种脉冲的熔丝设计是标准化的，范围从几分之一微秒到几百微秒。尽管熔丝的时滞防止熔丝被错误地破坏，而熔丝的时滞并不保护被供电的设备。在熔丝的时滞期间，被供电的设备必须承受伴随脉冲的过电压。

熔丝防止过度电流，但是不能防止过度电压。为了保护被供电的设备免受过度电压(已知为过电压)，通过添加诸如二极管之类的电涌器件来实现附加保护。二极管将被供电的设备的输入处的电压限制为可接受的限度。当达到二极管的击穿电流时，二极管将电涌电流导引至接地。由过度电压引起的过度电流将破坏二极管。通常，二极管在破坏之后将会短路(低欧姆连接)。将二极管设置于电源和熔丝之间将危及电源。因此，为了使用二极管和熔丝来防止受到过电流和过电压，必须将二极管设置于熔丝和要被供电的设备之间。在这种设置中，流过损坏(短路)的二极管的电流将烧断熔丝，并且电流将停止流动，从而防止电源过载，并且防止被供电的设备受到过电流和过电压。

然而，利用这种设置，当二极管短路时，必须更换熔丝和二极管。当熔丝烧断时，必须测试二极管的完整性，如果二极管损坏则更换二极管，或者如果功能测试不可行，则在任何情况下都更换二极管。每次烧断熔丝都测试二极管的可行性是耗时的。将二极管和熔丝组合为一个器件使得可以提高过电流和过电压保护器的性能，并且使得可以快速且容易地更换被供电设备保护器。

发明内容

在一个实施例中，集成器件包括过电流保护电路和过电压保护电路两者。与单一熔丝器件或者单一电涌器件相比，包括这两个元件的集成电路改善了功能。过电流保护电路和过电压保护电路的组合操作用于以高效的方式保护被供电的设备。

在与熔丝相关联的时滞期间，电涌二极管将应力脉冲(stress pulse)箝位到安全的电平。二极管操作用于在熔丝的时滞期间保护被供电的二极管。熔丝和二极管的集成将作为快速熔丝来操作，然而将不存在与快速熔丝相关联的问题(被短的高电平脉冲错误地烧断)。另外，由于二极管的操作速度，熔丝和二极管的组合将会实质上立即进行保护，而没有时滞。

将过电流保护电路和过电压保护电路封装到诸如集成电路之类的相同器件中。集成电路的导电层操作用于将基于功率的信号从电源传递至被供电的设备。金属易受氧化，所述氧化使得金属劣化。因此，为本公开的导电材料提供扩散保护器(diffusion-protector)。扩散保护器通过延长导电材料的寿命来改进集成电路的操作。

以上讨论并非意欲描述每一个实施例或者每一种实现方式。附图和以下描述也只是示范了多种实施例。

附图说明

结合附图考虑以下详细描述，可以更加全面地理解各种示例实施例，其中：

图1示出了包含熔丝元件和电涌元件的集成电路的示例实施例；

图2示出了与电源和被供电的设备相连的集成电路的另一个示例实施例；

图3示出了导电材料寿命以及基于电流密度的故障；以及

图4示出了相对于典型导电材料寿命而绘制的示例实施例的导电材料寿命。

具体实施方式

尽管本公开可以具有各种修改和备选形式，在附图中作为示例示出了本公开的示例并且将进行详细描述。然而应该理解的是并非意欲将本公开局限于所示和/或所述的具体实施例。相反，意欲覆盖落在本公开精神和范围内的所有修改、等同和替换。