¿Cuánta sobretensión puede tomar un IC cuando la corriente es limitada? ¿Qué debo buscar en la ficha técnica?

Esos diodos / estructuras de protección tienen 2 propósitos: (1) Protección contra ESD, como HumanBodyModel, donde un pequeño condensador se carga a 2,500 voltios (por ejemplo) y luego se descarga a través de una resistencia de 1,500 ohm en el pin de la MCU. Esta es una prueba transitoria, de unos pocos amperios durante unos microsegundos.

(2) sobretensiones leves continuas, donde la corriente es continua y el calentamiento IC es continuo.

Creo que (1) es la función crucial para vender la MCU. Por lo tanto (2) es algo bueno, pero un efecto secundario de las estructuras ESD es un requisito.

Las estructuras de ESD están diseñadas para alejar la energía de ESD de los implantes de la superficie y disipar la energía DEEP en el silicio, donde hay mucho volumen de silicio para calentar. ¿Cuánto calor se puede tolerar? Supongamos un aumento de 100 grados centígrados. Y suponga que el volumen de silicio es aproximadamente del tamaño de una almohadilla adhesiva (100U * 100U aproximadamente) y 100U de profundidad. Ese volumen es de 100 * 100 * 100 o 1,000,000 micrones cúbicos. Dado el calor específico del silicio (aproximadamente 2 picoJoules / micron_cube / grados C), necesitamos 2 microJoules / grados C para calentar ese volumen de silicio. Por grado Así, el aumento de 100 grados C permite 200 microJoules. En algún punto más allá del aumento de 100 grados C, derretirá el aluminio y hará que los dopantes comiencen a migrar, por lo que todas las apuestas están desactivadas.

Si las estructuras de ESD son puramente diodos, donde se esperan 0.7 voltios a 10 mA (??? !!! ???), su calentamiento a 10 mA es de 7 milivatios, o 7 miliJoules / segundo. Estábamos discutiendo 200 microJoules como seguros.

Si calentamos ese cubo de 100 micrones, el calor se extenderá lentamente al resto del silicio, a la bandera / paleta y luego intentará salir. Por cierto, la constante térmica del cubo de silicio 1milliMeter es de 11,4 milisegundos; Para 10mm, 1.14 segundos.

Ahora tienes un problema de diseño térmico.

========================================= editar

Las estructuras ESD modernas (de lo que me enseñaron) usan un comportamiento de SNAPBACK. Partiendo de 0v y 0 de corriente, la curva IV utilizada es la línea inferior (una trayectoria de resistencia ALTA), que se eleva a un voltaje moderado (muy dependiente del diseñador de la estructura de ESD), con lo cual aparece SNAPBACK (la flecha verde) en lugar de Voltaje bajo que implementa una ruta de resistencia BAJA.

Sin las pruebas de ESD del fabricante (específicamente para determinar esta gráfica, incluida la SNAPBACK), solo podemos adivinar sobre el comportamiento con sobretensión. Mejor no adivinar.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}