【新品发布】湖南静芯推出ESD增强型MOSFET ES4407K

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湖南静芯推出ESD增强型MOSFET ES4407K，可应用于 DC-DC 转换、负载开关以及便携设备的电源管理等领域。该器件在SOP8封装内集成 ESD 器件，使 MOS 管在无外置ESD期间保护的情况下拥有 IEC ±10kV，HBM ±15kV 的静电防护能力，与传统MOSFET和传统带ESD防护MOSFET相比，防护性能显著提高。

MOSFET集成ESD的意义

MOS 管是一个 ESD 敏感器件，它有着极其脆弱的栅极结构。栅极与沟道之间仅由一层超薄的二氧化硅绝缘层隔离。人体或环境产生的数千伏静电电压瞬间施加在栅极时，会产生极强的电场，远超这层材料的耐受极限，导致其被永久性击穿，造成器件失效。这种高输入阻抗、低工作电压的特性与极高的静电电压形成了致命反差，使得MOS管在无防护情况下异常脆弱，所以在电路设计中常为MOS管增加ESD保护器件，或直接选用集成ESD保护的MOS管。

图1 PMOS管带ESD与不带ESD对比

比起传统MOS管，集成ESD保护的MOS管的优势在哪里？

1.显著提升可靠性与鲁棒性

集成ESD保护的MOS管在硅片层面为栅氧和结区提供了最直接、最快速的保护路径，响应时间在纳秒甚至皮秒级，远快于外部元件，可以在ESD电压尖峰形成的极早期，就将其钳位泄放，避免电压达到MOS管的击穿值。内部的ESD结构为MOS管最脆弱的栅极提供了直接对电源和地的泄放回路，这是许多外部电路难以完美实现的。

2.优化性能与节约成本

集成ESD保护的MOS管使得系统总成本下降，且极大地缩小了PCB面积，这对于现代高密度电子设备至关重要。在空间极端紧凑的便携式设备或需要高可靠性的工业控制模块中，外加的ESD元件会引入额外的寄生电容和电感，影响信号质量。集成ESD结构的寄生参数通常更小，且经过精心优化，对高速信号的影响更小。

3.简化设计

工程师无需再为每个端口精心设计和验证复杂的外部ESD保护电路，选择一颗合适的集成ESD的MOS管，就解决了大部分保护问题，大大简化了设计流程。电子产品通常需要通过IEC 61000-4-2等ESD抗扰度标准测试。使用集成ESD的MOS管可以显著提高一次性通过测试的成功率，减少后期因ESD问题带来的设计修改和测试。

为MOS管集成ESD保护，是现代半导体工艺和电子系统设计向着更高可靠性、更高集成度、更低成本发展的必然选择，尤其是在接口电路、电源管理和便携式设备中，它已经成为一种标准且必要的设计实践。

湖南静芯增强ESD型MOSFET介绍

传统带 ESD MOS 管，ESD 人体模型（HBM）防护能力在 2kV 左右，栅极漏电流IGSS在 5至30uA 左右，且集成ESD功能多由栅极集成串联多晶电阻的方式来解决ESD问题，造成了 MOS 管开关时间变长，高频领域应用受限等问题。同时由于传统集成 ESD MOSFET工艺复杂，一般情况会比不带 ESD MOSFET 价格高30%~40%。

湖南静芯的增强 ESD 型 MOSFET 系列，人体模型（HBM）防护能大于±8kV，IEC61000-4-2 Contact 标准防护能力大于±6kV，栅极漏电流 IGSS 典型值为 1~10nA（MAX<100nA），栅极电阻与传统不带ESD MOS 管一致，对 MOS 管的栅极性能基本没有影响，抗静电能力领先市面上传统集成 ESD MOSFET很多，且不影响高频领域的使用。湖南静芯提出创新工艺，使得公司增强 ESD 型 MOSFET系列成本与常规不带 ESD MOS 成本非常接近，为客户提供了高性价、高静电能力的 MOSFET新选择。

图2 传统集成ESD MOS管剖面结构图

表1 传统带ESD防护MOS与静芯ESD增强型MOS对比

ES4407K介绍

ES4407K是湖南静芯研发的一款P沟道ESD增强型MOS场效应晶体管，采用先进的沟槽技术与设计， SOP8封装内集成 ESD 器件，使 MOS 管在无外置ESD期间保护的情况下拥有 IEC ±10kV，HBM ±15kV 的静电防护能力。该器件耐压为-30V，IGSS在100nA以内，在 V_GS= 10V，I_D= -12A 的条件下，R_DS(on) =9.5mΩ；在 V_GS=-4.5V，I_D = -7A 的条件下，R_DS(on) =14mΩ该器件的相关曲线图及参数如下所示。

表2 ES4407K电气特性表

表3 ES4407K相关曲线表

应用场景

推荐用于所有与外部接口直接相连的电路（如各类连接器的电源开关和通用信号线路开关等）、便携设备（手机、平板等）、以及需要快速上市并通过严格ESD标准（如IEC 61000-4-2）认证的产品。

1.DC-DC 转换器

在DC-DC电路中，MOS管作为核心开关元件，其可靠性直接决定了整个电源系统的稳定性。集成ESD保护能直接防止栅氧层在生产和处理中被击穿，它为电源路径提供了一个内置的泄放通道，增强了整个电源系统对瞬态过压的抵抗能力，减少了因ESD导致的隐性损伤。

2.负载开关

负载开关在设备调试、维修或用户插拔外部模块时，相当于在进行“热插拔”操作，会引入巨大的ESD冲击，且较长的走线也可能会耦合环境中的静电。其所处的系统环境需要ESD防护能力较强的MOS管。

3.便携设备的电源管理

便携设备如手机、平板、TWS耳机等，内部高度集成，电源管理IC（PMIC）、电池、充电IC和各种子模块之间的连接非常紧密，电池接口和充电电路是ESD侵入的高危路径，极需增强防静电能力。

4.智能家居设备控制模块

如智能音箱的充电接口、按键电路等部位需应对频繁插拔和人体静电，果汁机、吸尘器等产品因电机启停频繁且工作环境潮湿，需通过沟槽型NMOS实现低内阻与ESD防护，避免静电击穿导致功能失效，采用ESD增强型MOS管故障率可降低60%。

总结与结论

在接口保护、电源管理、负载开关等直接面对外部环境或生产挑战的应用中，采用ESD增强型MOS管已成为追求高可靠性、高集成度与最优系统成本的必然选择。湖南静芯推出的ESD增强型MOSFET ES4407K，可使MOS管在无外置ESD期间保护的情况下拥有 IEC ±10kV，HBM ±15kV 的静电防护能力，效率高损耗低，可有效提高电路的可靠性。

湖南静芯ESD器件工作电压涵盖1.0~38V，电流涵盖4~30A，电容最低至0.1pF，封装涵盖CSP、FC及各类封装形式。同时推出22V&33V TDS平缓浪涌抑制器，可用于保护工作电压为20V、24V、28V、36V的系统，具有精准且恒定的触发电压、优异的钳位性能及稳定的温度特性，可为系统提供更全面保护。结合TDS器件与深回扫ESD优势，湖南静芯是国内首家推出USB4.0完整解决方案的公司，详情可以参考：“湖南静芯推出USB4.0&PD3.0的ESD&EOS防护完整解决方案100W+80G/120G”与“湖南静芯推出USB4.0&PD3.1的ESD&EOS防护完整解决方案140W&180W+80G/120G”等文章。


导通区域特性曲线	转移特性曲线

导通电阻vs.漏极电流和栅极电压	导通电阻vs.结温

导通电阻vs.栅源电压	电容特性曲线