基本ESD模型及功能參數(shù)
將一個電容充電到高電壓(一般是2kV至8kV),然后通過閉合開關(guān)將電荷釋放進(jìn)準(zhǔn)備承受ESD沖擊的“受損”器件(圖1)。電荷的極性可以是正也可以是負(fù),因此必須同時處理好正負(fù)ESD兩種情況。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202210/438851.htm(1)HBM(Human Body Model),人體放電模型;
指帶電荷的人體與集成電路產(chǎn)品的管腳接觸并發(fā)生靜電荷轉(zhuǎn)移時,產(chǎn)生的ESD現(xiàn)象。
人體等效電阻約1500歐姆,等效電容值為lOOpF,Ls與Cs寄生電感和電容。該ESD放電產(chǎn)生電流波形的上升時間在2~10ns范圍內(nèi),持續(xù)時間在150~200ns范圍內(nèi).由于HBM模型中的電感、電容等參數(shù)針對于不同環(huán)境和人體會有所差異,因此各組織機(jī)構(gòu)制定各自HBM模型中的寄生電容、電感值略有差異,但其HBM放電波形基本一致。
(2)MM(Machine Model),機(jī)器放電模型;
模擬機(jī)器手臂等金屬工具與芯片管腳接觸并發(fā)生靜電荷轉(zhuǎn)移,產(chǎn)生的ESD事件。
金屬機(jī)械的寄生電阻較小(約20歐姆)、等效電容較大(200pF)且存在寄生電感Ls,因此MM放電過程維持時間短,電流波形呈阻尼振蕩且峰值電流較高,一般為相同等級HBM ESD峰值電流的20~30倍。MM波形上升時間在6~8ns范圍內(nèi),脈寬約為100ns。
備注:MM模型,由于電阻過小,實(shí)驗(yàn)嚴(yán)苛,目前已經(jīng)基本不再進(jìn)行,用CDM代替;
(3)CDM(Charged Device Model),組件充電模型;
主要模擬封裝后的芯片在裝配、運(yùn)輸中由于摩擦或者感應(yīng)自身攜帶了電荷,當(dāng)芯片管腳接觸到地或其他物體引起電荷轉(zhuǎn)移,大量電荷從IC內(nèi)部流出產(chǎn)生的ESD現(xiàn)象。
芯片本身的寄生電阻、電容和電感與芯片的版圖尺寸、封裝形式、放電位置等都有密切關(guān)系。芯片寄生電阻較?。s15歐姆),因此CDM放電過程迅速,其電流波形的上升時間約為0.2ns~0.4ns,脈寬小于5ns,電流峰值也較大,約為相同等級HBM ESD的15~20倍。由于其電流脈沖上升時間極短,對ESD防護(hù)器件的開啟速度要求十分嚴(yán)格。
(4)HMM(Human-Metal-Model),人體金屬放電模式;
業(yè)界最新研究的一種ESD模式,主要模擬帶有靜電荷的人體通過金屬、機(jī)械等與芯片管腳相接觸,發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移的ESD過程。
HMM主要用來評價芯片在系統(tǒng)級ESD測試中的魯棒性。該模型尚在廣泛討論當(dāng)中,并無標(biāo)準(zhǔn)的模型和參數(shù),只有兩個指導(dǎo)性文檔ESD TR5.6-01-09和DSP5.6。
備注:上圖中模擬了一種人體金屬模式等效電路圖,等效電容為150pF,等效電阻約為330^2,L1、C1、L2為放電回路寄生參數(shù),Cb為平板電容,其放電波形的上升時間大概為0.8ns±0.2ns,持續(xù)時間約為50ns。
ESD失效原因
失效類型分為兩大類:致命失效&性能退化;
致命失效:介質(zhì)擊穿、金屬溶斷、PN結(jié)穿刺、接觸孔金屬電遷移等,它會直接造成開路、短路或漏電增大,導(dǎo)致芯片永久性失效;
性能退化:會造成芯片內(nèi)部電路參數(shù)漂移、壽命降低,影響芯片的工作性能但一般不會立刻導(dǎo)致芯片失效。
ESD保護(hù)電路的功能
其在芯片功能正常工作時處于透明狀態(tài),不影響產(chǎn)品性能參數(shù),占據(jù)芯片版圖面積小,并且在ESD應(yīng)力下能夠及時快速的開啟,將ESD電流通過ESD防護(hù)電路順利泄放,將芯片內(nèi)電壓箱位在安全范圍,有效保護(hù)芯片內(nèi)部胞弱的晶體管,同時ESD防護(hù)器件本身要足夠強(qiáng)壯而不被ESD應(yīng)力損壞。這就要求了設(shè)計優(yōu)異ESD防護(hù)器件應(yīng)滿足的四個標(biāo)準(zhǔn):透明性、敏捷性、有效性和魯棒性。
ESD關(guān)鍵參數(shù)
說明:
反向工作電壓:對應(yīng)線路上的工作電壓or最高變頻電壓;
最小擊穿電壓:測量方式為反向電流1mA時的電壓;
反向漏電流:在最大反向工作電壓對應(yīng)的電流;高阻端口
鉗位電壓:當(dāng)電路經(jīng)過8個20us的pulse后,在規(guī)定電流下的殘余電壓;為了確保在8個20us的pulse后,電路依然可以正常工作;
結(jié)電容:速率高的場景,對結(jié)電容敏感;
注意:
ESD的截止電壓需要大于被保護(hù)IC的最大工作電壓,否則會影響電路正常工作;如:工作電壓為5V的線路,應(yīng)選擇截止電壓大于等于5V的ESD器件進(jìn)行保護(hù);
在高速端口(如:USB 3.0,USB3.1,HDMI,IEEE1394等),ESD保護(hù)器件的結(jié)電容應(yīng)選擇盡量小,以避免影響通信質(zhì)量;
根據(jù)電路設(shè)計布局及被保護(hù)線路選擇合適的封裝形式。一般情況下:ESD器件封裝大小從一定程度上可以反應(yīng)防護(hù)等級大小,一般封裝越大,可容納的ESD芯片面積也越大,防護(hù)等級也越高;
接口盡量靠近大面積的底線,泄放回路也是越短越好;
電路保護(hù)器件
————————————————
版權(quán)聲明:本文為CSDN博主「這么神奇」的原創(chuàng)文章,遵循CC 4.0 BY-SA版權(quán)協(xié)議,轉(zhuǎn)載請附上原文出處鏈接及本聲明。
原文鏈接:https://blog.csdn.net/weixin_47139649/article/details/118991612
評論