ESD原（yuán）理（lǐ）詳解（一）
更新時間：2023-09-19 點擊次數：1197
ESD（Electro-Static discharge ）是廣泛存在於你我身邊的自然現象，小時（shí）候上自（zì）然課就學過摩擦生電。而靜電對於工業界來說有時候是（shì）很頭疼的東西，世（）界.上.最大的飛艇興登（dēng）堡號就是因為靜電原因墜毀的。隨著IC的規模越來越大，線寬越來越（yuè）小，芯（xīn）片也越（yuè）來越嬌（jiāo）貴，EOS（Electrical Over Stress ）失效問題也日益嚴重，而ESD是EOS失效的主要原因，ESD防護也成為ICdesigner需要考慮的問題，而其（qí）中模擬IC因為其（qí）自身特性，需要更加注重ESD防護。ESD防護在模（mó）擬IC設（shè）計中是很（hěn）重要的一環（huán），但是國（guó）內（nèi）IC企業很少有專人去負責，所以本文將對ESD的原理和分類進行由淺入深的總結，希望無論是IC設計人員還是硬件工程（chéng）師都不需要去翻閱大量的資料，而對ESD有一個認知（zhī）。1.發生在芯片上PCB板前的過程中（生（shēng）產 、封裝（zhuāng）、運輸、銷售、上板）這類ESD事件完.（）全需要由芯片自己承受。業界對於這（zhè）類ESD事件進行了分類主要分為三種模型：HBM（Human body Model），MM（Machine Model），CDM（Charged Device Model），SDM（socket device Model），顧（gù）名思義HBM模型（xíng）是（shì）仿真（zhēn）人（rén）體接觸模型（就是憨憨（hān）用手直（zhí）接摸（mō）芯片），MM模型仿真機械接觸，CDM模（mó）型是仿真芯片因為摩擦或者熱等原因（yīn）內部集聚了電荷，然（rán）後通過探針（zhēn）或者封裝等途徑從芯片內部（bù）放電（diàn）到（dào）外部，起初CDM模（mó）型有兩種分類（lèi），其中一種是non-socket device Model，是在測試的時候探針直接紮入PAD，而（ér）另一種（zhǒng）socket device Model是測試的時候把芯片放入一個基座然後探針（zhēn）紮入基座，後來這兩（liǎng）種方式的結果差（chà）距有些大，就把SDM單獨拎出來（lái）了。目前還是以MIL-883作為主流標準（zhǔn）。 2.芯片已經在PCB上電工（gōng）作後發生（shēng）的ESD事件。這類ESD事件主要包含（hán）：接（jiē）觸放電，空氣放（fàng）電，熱插拔，浪湧這幾種。這類ESD事件普遍能量大，時間久。但是與前一類最大的區別，這類PCB上電後的ESD事件，芯片可（kě）以靠外援（yuán），通過TVS或（huò）者ESD陣列芯片進行泄（xiè）放，芯片本身（shēn）在外界的幫（bāng）助下可（kě）以不需要承受靜電流。而這（zhè）類ESD事（shì）件的詳規主要在（zài）IEC61000-4-2和（hé）IEC61000-4-5中，目（mù）前國（guó）內硬件（jiàn）工程師主要解（jiě）決這（zhè）方麵的ESD事件。HBM是目前片級ESD防護比較成熟的模型。通過建（jiàn）立人體放電模（mó）型，仿真人體無（wú）保護直接接觸芯片的（de）情況。
圖2.HBM放電波（bō）形
圖3.HBM等級
一般以電壓來（lái）表達HBM等（děng）級，不同的IC根據使用場景對於（yú）HBM等級有不同的要求（qiú）。而隨著越來越（yuè）規範的生產製度，HBM模型造成的（de）失（shī）效比例在一步步的降（jiàng）低。
圖4.HBM測試模型
2.MM模型。
MM與HBM模型相似，仿真的是機械（xiè）設備接觸芯片的情（qíng）況。
圖（tú）5.MM放電模型
圖6.MM放電波形
圖7.MM放電等級
MM放電模型也隨著高度（dù）規範的（de）生產流程，慢慢淡（dàn）出人們的視線。現在業界將HBM與MM進行整合，製（zhì）定了HMM模型。
3.CDM模（mó）型 ！！！！
這是本期的重（chóng）點，因為隨著（zhe）IC規模越來越大，ESD失效中CDM的比重正在快速上升，尤（yóu）其是數-模不同電壓域的芯片，更易（yì）發生CDM事件（jiàn）。
CDM的場景（jǐng）是芯片因為摩擦（cā）或者（zhě）其（qí）它原因（yīn）在襯底內部集聚了很多電荷，當在封裝或者測試時（shí）芯片引腳接觸到探針後發生的放電事件。CDM放電事（shì）件主要（yào）會對MOS器（qì）件的柵極造成損壞，造成（dielectric failure）。CDM是三種模（mó）型中最難處理（lǐ）的情況（kuàng），放電時間短（duǎn），電流幅值大。放電路徑與HBM和MM有差異。
圖8.CDM放電（diàn）模型
圖9.CDM放電模型
圖10.CDM放電等級
CDM模型500V折算電流（liú）是10.4A。而且CDM的脈衝時間極短，大（dà）約~0.3ns達（dá）到電流最大值。
圖11.CDM放電測試模型
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