ESD原理詳解（二）

上期講了HBM，MM，CDM三種（zhǒng）芯片級ESD事件，這期講一下係統級ESD事件：空氣放電，接觸放電，浪湧，熱插拔這幾種ESD事件，其中（zhōng）氣放電，接觸放電是由IEC61000-4-2進行（háng）解釋，而浪（làng）湧是由IEC61000-4-5進行（háng）解釋（shì）。

一.係統級ESD事件類別：

1.接觸放電：

      實驗設備的電極與被測設（shè）備直接接觸（chù）。

2.空氣放電（diàn）：

      實驗設備的電極靠近被測設備，由火（huǒ）花對被測設備進行放電。

接觸（chù）放電和空氣放電測試的是儀器設備在（zài）使用過程中與另一帶電（diàn）儀（yí）器可能發生（shēng）的靜電事件。

3.熱插拔：

      在上電情況下，端口或者模塊直接斷開或連接，保護設備不被過大電流或電壓損毀。

4.浪湧：

      具有短上升時間，長衰減時間的電流，電壓，功率的瞬態波形。(transient wave of electrical current, voltage or power propagating along a line or a circuit and characterized by a rapid increase followed by a slower decrease)。浪湧測試是驗證（zhèng）儀器（qì）能否承（chéng）受雷擊或開關通斷時產生的短時間（jiān）的強脈衝。

二.係統（tǒng）級ESD事件規範：

1.IEC61000-4-2：

圖1.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2標（biāo）準

圖2.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2接觸放電和空（kōng）氣放電測試等級。

圖（tú）3.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2放電測試波形。

圖4.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2接觸放電（diàn）和空氣放電波形參數。

圖5.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2測試電路。

2.IEC61000-4-5：

圖6.IEC61000-4-5標準（zhǔn）封麵。

圖7.IEC61000-4-5浪湧測試等級。

圖8.IEC61000-4-5浪湧生成（chéng）電路。

IEC標準中提到（dào）了（le）兩種浪湧（yǒng）模式（shì）：一種是（shì）1.2/50μs的開路（lù）電壓條件和8/20μs的短路電流條件。

圖9.IEC61000-4-5浪湧測試波形參數。

圖10.IEC61000-4-5開路電（diàn）壓浪湧波形。

圖11.IEC61000-4-5短路電流浪湧波形。

三.係統級與芯片級異同

1.係統級ESD事件與芯片級ESD事件的異同：

A.芯片（piàn）級ESD事件主要針對的是發生在芯片上PCB板前的過（guò）程中（生產 、封裝、運輸、銷售、上板）這類ESD事件完（）全需要（yào）由芯片自己承受。係統級ESD事件是針對整個係統而言（PCB級），這類ESD事（shì）件需要整個係統協同完成（chéng）。

B.係統級（jí）ESD事件的電壓電流強度都遠強於芯片級。

係統級ESD防護設計與芯片級ESD防（fáng）護（hù）設計的異同：

A.芯（xīn）片級ESD防護與核心電路都是在同（tóng）一（yī）wafer下流片（piàn），所以防護能力與工藝是強相關，線寬越小ESD魯棒性越差，且受foundry工藝影響（xiǎng）很大，不同foundry的工藝流程不同，造成ESD設計的互通性很差。芯片級ESD設計更多考驗的是工程（chéng）師對於器件結構與版圖的（de）理解，在有限的麵（miàn）積（jī）與其它約（yuē）束下盡可能保證核心電路不在（zài）ESD事件中損壞。

B.係統級ESD防護雖然要求更高，但是核心元器件（jiàn）和ESD防護元器件是分立的，可以針對要求采用（yòng）不同的ESD防護器件。常見的（de）有TVS和ESD陣列防（fáng）護芯片，工程師在設計過（guò）程（chéng）中（zhōng）可以忽略ESD元器件的工作（zuò）原理，直接進行黑盒設（shè）計（jì）而且可替換性強，芯片級ESD防護（hù）器件與芯（xīn）片本身是共生（shēng）關係，一榮俱榮，一損俱損。而係統級ESD防護元器件與被保護元器件相對獨立，相互影響較小。