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1、TFT-LCD静电防止回路模拟与设计第22卷第5期2007年l0月液晶与显示ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplaysVo1.22.No.5Oct.,2007文章编号:1007—2780(2007)05—0611一O6TFT—LCD静电防止回路模拟与设计高文宝(北京京东方光电科技有限公司,北京l00l76,E—mail:gwbqy@163.com)摘要:为了防止静电放电(ESD)引起静电击穿造成TFT—LCD不良,通过实际测试和PSpice模拟讨论了TFT-LC
2、D在设计过程中,ESD回路设计的规则和容限,通过放电模型的建立,得出显示器分辨率的变化与ESD回路中TFT宽长比(w/L)的关系,确立了静电防止回路的设计方向,规则.模拟分析结果表明:扫描门电极(Horizonta1)在分辨率为H1080时EsDw/L设计为38.9/7.4In,在分辨率为H1200时ESDw/L设计为35.0/7.4ITI,满足模拟条件;数据线电极(Vertica1)在分辨率为V1600时ESDw/L设计为14.7/7.4m,在分辨率为V1920时ESDW/L设计为12.2/7.4/
3、,m,满足模拟条件.同时,按照此结果,可以得出ESDTFT器件在信号电压±25V变动时,电流值大于±9.5A;而TFTLCD实际工作电压(<±10V)远小于模拟工作电压(<±25V),实际工作电流值为3～5A,也小于此电流值,因此验证此模拟结论可行.关键词:薄膜晶体管液晶显示器;静电放电;模拟;分辨率中图分类号:TN141.9;TN321.5文献标识码:A1引言在大规模半导体制造业中,静电放电(Elec-trostaticDischarge,ESD)一直扮演着重要角色,尤其对于TFT—IC
4、D制造业和IC制造业,在设计,制造,测试和运送过程中都要考虑ESD的影响.在Ic制造中,由于半导体制程逐渐向亚微米过渡,外部ESD比较容易击穿微细元件的中间绝缘层,造成短路,因此目前ESD已经成为影响IC及其元件可靠性的主要因素.有人估计,在美国每年静电对电子工业毁损价值达100亿美元,20世纪80年代日本曾对报废的电子产品进行分析,由ESD引起的损失约占1/3.而我国半导体制造,平板液晶显示,光电子产业等都起步较晚,但静电危害经常发生,造成了产品良率(yield)下降,影响了收益.对于目前国内正在兴
5、起的TFT—LCD制造业,生产,测试和搬送过程都不可避免地会引入静电.摩擦和接触产生的瞬时千伏电压,可以产生约20A的大电流,而玻璃基板属非导体,不利于静电释放,有源层为非晶硅(a-Si),属于弱n型半导体,静电累积(ESC)与静电放电过程比较容易造成绝缘层击穿,直接形成短路或造成部分损坏,导致元器件漏电流的增加,形成缺陷,影响良品率.一般来说,器件绝缘层SiO,SiN薄膜的耐压强度是E一(5～10)×10V/cm,如果器件绝缘膜厚度定为100nm左右,设备或人体带上10kV(100pF)的静电荷接触
6、基板后,在TFT器件源漏电极上产生相当于50～100V的静电压,其瞬间形成脉冲放电电流峰值可达20A以上(10～100s),引起元器件的绝缘层击穿,造成引线被烧断或线之间短路.基于以上原因,除了在生产制造过程中,加强生产管理和除静电设施的使用外],预先防止的设计也是非常重要的口].目前ESD设计有如图1所示的4种结构,基本工作原理都是一样的.鉴于设计规则的简单化,针对不同的显示分辨率,一般都采用经验设计,没有充分考虑ESD的防止能力,本文根据ESD的防止能力提出了新的模拟设计规则.考收稿日期:2007
7、—04—29;修订日期:2007—06—22基金项目:北京市科委科技计划资助项目(No.D030600600009l,No.D0304002000021)612液晶与显示第22卷虑到各公司工艺成膜特性造成的TFT电特性及布线空间的差异,我们以图1中D的设计为基SignalA准,采用PSpice模拟提出优化的设计方法,其他类型可以依此类推得出对应的ESD宽长比设计.BC图1各社ESD等效电路图Fig.1Equivalentcircuitschematicofdifferentdesign2模拟及测试ES
8、D放电回路的工作原理如下:一般ESD放电回路通过两个相同的TFT管对接,当ESD器件一端(数据电极)引入高电压时,由于TFT门极(扫描电极)与数据电极连接,因此门极同样引入高电压,TFT开启,形成通路,高电压通过ESD释放到相邻数据线中,最终会通过公共电极传递到整个TFT—LCD的有源区部分来分担这部分电压,形成全屏的等电位效应,也就是说,这个时候产生的大电流不会集中到一条数据线上,造成TFT管的损坏.同样,在屏内部产生的高压也以同样方法释放到外电路部分
