基本ESD模型及功能參數(shù)

　　將一個(gè)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(shí)處理好正負(fù)ESD兩種情況。

　　(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(shí)，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(shí)間在2~10ns范圍內(nèi)，持續(xù)時(shí)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(duì)于不同環(huán)境和人體會(huì)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?。s20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(shí)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(jí)HBM ESD峰值電流的20~30倍。MM波形上升時(shí)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(shí)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(jí)HBM ESD的15~20倍。由于其電流脈沖上升時(shí)間極短，對(duì)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(píng)價(jià)芯片在系統(tǒng)級(jí)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(gè)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(shí)間大概為0.8ns±0.2ns，持續(xù)時(shí)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(huì)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(huì)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(huì)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(shí)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(shí)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(shí)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(jì)優(yōu)異ESD防護(hù)器件應(yīng)滿足的四個(gè)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(duì)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(shí)的電壓；

　　反向漏電流：在最大反向工作電壓對(duì)應(yīng)的電流；高阻端口

　　鉗位電壓：當(dāng)電路經(jīng)過8個(gè)20us的pulse后，在規(guī)定電流下的殘余電壓；為了確保在8個(gè)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(duì)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(huì)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(jì)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(jí)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(jí)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

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