ESD原（yuán）理詳解（一）
更新（xīn）時間：2023-09-19 點擊次數：1736
ESD（Electro-Static discharge ）是廣泛存在於你我身邊的自（zì）然（rán）現象，小時候上自然課就學過摩擦生（shēng）電。而靜電對於工業界來說（shuō）有時候是很頭疼的東西，世（）界.上.最大的（de）飛艇興（xìng）登堡號就是因為靜電原因墜毀的。隨著IC的規模越來越大，線寬越來越小，芯（xīn）片也越來越嬌（jiāo）貴，EOS（Electrical Over Stress ）失（shī）效問題（tí）也日益嚴重（chóng），而ESD是EOS失效的主（zhǔ）要原因，ESD防護也成（chéng）為ICdesigner需要考慮的問題，而其（qí）中模擬IC因為其自身特性，需要更（gèng）加注重（chóng）ESD防護。ESD防護在模擬IC設計中是很重要的一環（huán），但是國內IC企業很少有專（zhuān）人去負責，所以本文將（jiāng）對ESD的原（yuán）理和分類進行由淺入（rù）深的（de）總結，希望無（wú）論是IC設計人員還是硬件工程師（shī）都不需（xū）要去翻閱大量的資料，而對ESD有一個認知。ESD按照（zhào）發生階段主（zhǔ）要分為（wéi）兩類：1.發生在芯片上PCB板前的過程中（生產 、封（fēng）裝、運輸、銷售、上板）這類ESD事件完.（）全需要由芯片自（zì）己承受（shòu）。業界（jiè）對於這類（lèi）ESD事件進行了（le）分類（lèi）主要分為三種模（mó）型：HBM（Human body Model），MM（Machine Model），CDM（Charged Device Model），SDM（socket device Model），顧名思義HBM模型是（shì）仿真人（rén）體接觸模型（就是憨憨用（yòng）手直接摸芯片），MM模（mó）型仿真機械接觸，CDM模型（xíng）是仿真芯（xīn）片因（yīn）為摩擦或者熱等原（yuán）因內部集聚了電荷，然後通（tōng）過探針或者封裝等（děng）途徑從芯片內部放電到外部，起初CDM模型有兩種（zhǒng）分類，其中一種是non-socket device Model，是在測試的時候探針直接紮入（rù）PAD，而另一（yī）種socket device Model是測試的（de）時（shí）候把芯片放入一個基座然後探針紮入基座，後來這兩種方式（shì）的結果差距有些大，就把SDM單獨（dú）拎出來了。目前還是以MIL-883作為主流標準。 2.芯片已經在PCB上電工作後發生的ESD事件。這（zhè）類ESD事件主要包含：接觸放電，空氣放電，熱插拔，浪湧這（zhè）幾種。這類ESD事件普遍能量大，時（shí）間久。但是與前一類最大的區別，這類PCB上電後的ESD事件，芯片可以靠外援，通過TVS或者ESD陣列芯片進行泄放，芯片本身在外界的幫助下可以不需要（yào）承受靜電流。而這類ESD事件的詳規主要在IEC61000-4-2和IEC61000-4-5中，目前（qián）國（guó）內硬件工程師（shī）主要解決這方麵的（de）ESD事件。HBM是目前片級ESD防護比較成熟的模型。通（tōng）過建立人體（tǐ）放電模型，仿真人（rén）體無保護直接接觸芯片的（de）情況。
圖2.HBM放電波形
圖（tú）3.HBM等級
一般以電壓來表達HBM等級，不同的IC根據使用場景對於（yú）HBM等級有不同的要求。而隨著越來越規範的生產製度，HBM模型造成的失效比例在一步（bù）步的降低。
圖4.HBM測試模（mó）型
2.MM模型。
MM與（yǔ）HBM模型相似，仿真（zhēn）的是機械設備接觸芯（xīn）片的情況。
圖（tú）5.MM放電模型
圖6.MM放電波形
圖7.MM放電（diàn）等級
MM放電模型也（yě）隨著（zhe）高度規範的生產流程，慢（màn）慢淡出人們的視線。現在業（yè）界（jiè）將HBM與MM進（jìn）行整合，製定了HMM模型（xíng）。
3.CDM模型 ！！！！
這是本期的重點，因為隨著IC規模越來越大，ESD失效中（zhōng）CDM的比重正在快速上升，尤其是數-模不同電壓域的芯片，更易發生（shēng）CDM事件。
CDM的場景（jǐng）是芯（xīn）片因為摩擦或者其它原因在襯底內（nèi）部（bù）集聚了很多電荷（hé），當在封裝或者測試時芯片引腳接觸到探針後發生的（de）放（fàng）電事件。CDM放電（diàn）事件主要會對MOS器件（jiàn）的柵極造成損壞，造成（dielectric failure）。CDM是三種（zhǒng）模型中最難（nán）處理的情況，放電時間（jiān）短，電流幅值大。放電路徑與HBM和MM有差異。
圖（tú）8.CDM放電模型
圖9.CDM放電（diàn）模（mó）型
圖10.CDM放電等級
CDM模型（xíng）500V折算電流是（shì）10.4A。而（ér）且CDM的脈衝時間極短，大約~0.3ns達（dá）到電流最大值。
圖11.CDM放（fàng）電測試模型
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