基本ESD模型及功能參數

　　將一個電容充電到高電壓（一般是2kV至8kV），然后通過閉合開關將電荷釋放進準備承受ESD沖擊的“受損”器件（圖1）。電荷的極性可以是正也可以是負，因此必須同時處理好正負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品的管腳接觸并發生靜電荷轉移時，產生的ESD現象。

　　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放電產生電流波形的上升時間在2~10ns范圍內，持續時間在150~200ns范圍內.由于HBM模型中的電感、電容等參數針對于不同環境和人體會有所差異，因此各組織機構制定各自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)，機器放電模型；

　　模擬機器手臂等金屬工具與芯片管腳接觸并發生靜電荷轉移，產生的ESD事件。

　　金屬機械的寄生電阻較小（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，脈寬約為100ns。

　　備注：MM模型，由于電阻過小，實驗嚴苛，目前已經基本不再進行，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、運輸中由于摩擦或者感應自身攜帶了電荷，當芯片管腳接觸到地或其他物體引起電荷轉移，大量電荷從IC內部流出產生的ESD現象。

　　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系。芯片寄生電阻較小（約15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防護器件的開啟速度要求十分嚴格。

　　(4)HMM(Human-Metal-Model)，人體金屬放電模式；

　　業界最新研究的一種ESD模式，主要模擬帶有靜電荷的人體通過金屬、機械等與芯片管腳相接觸，發生電荷轉移的ESD過程。

　　HMM主要用來評價芯片在系統級ESD測試中的魯棒性。該模型尚在廣泛討論當中，并無標準的模型和參數，只有兩個指導性文檔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，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：介質擊穿、金屬溶斷、PN結穿刺、接觸孔金屬電遷移等，它會直接造成開路、短路或漏電增大，導致芯片永久性失效；

　　性能退化：會造成芯片內部電路參數漂移、壽命降低，影響芯片的工作性能但一般不會立刻導致芯片失效。

ESD保護電路的功能

　　其在芯片功能正常工作時處于透明狀態，不影響產品性能參數，占據芯片版圖面積小，并且在ESD應力下能夠及時快速的開啟，將ESD電流通過ESD防護電路順利泄放，將芯片內電壓箱位在安全范圍，有效保護芯片內部胞弱的晶體管，同時ESD防護器件本身要足夠強壯而不被ESD應力損壞。這就要求了設計優異ESD防護器件應滿足的四個標準：透明性、敏捷性、有效性和魯棒性。

ESD關鍵參數

　　說明：

　　反向工作電壓：對應線路上的工作電壓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的電流；高阻端口

　　鉗位電壓：當電路經過8個20us的pulse后，在規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；

　　結電容：速率高的場景，對結電容敏感；

　　注意：

　　ESD的截止電壓需要大于被保護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，應選擇截止電壓大于等于5V的ESD器件進行保護；

　　在高速端口（如：USB 3.0,USB3.1,HDMI,IEEE1394等）,ESD保護器件的結電容應選擇盡量小，以避免影響通信質量；

　　根據電路設計布局及被保護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防護等級大小，一般封裝越大，可容納的ESD芯片面積也越大，防護等級也越高；

　　接口盡量靠近大面積的底線，泄放回路也是越短越好；

電路保護器件

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