ESD原理詳解（jiě）（一）
更新時間：2023-09-19 點擊次數：1199
ESD（Electro-Static discharge ）是廣泛存（cún）在於你我身邊的（de）自然現象，小時候上自然（rán）課就學過摩擦生電。而靜電對於工業界來說有時候是很頭疼的東西，世（）界.上.最大的飛艇興登堡號就是因為靜電原因墜毀的。隨著IC的（de）規模（mó）越來越大，線寬越來越小，芯（xīn）片也越來越嬌貴，EOS（Electrical Over Stress ）失效（xiào）問題也日益嚴重，而ESD是EOS失（shī）效的主要（yào）原因，ESD防護也成為ICdesigner需要考慮的問題，而其中模擬IC因為（wéi）其自身特性，需要更（gèng）加注（zhù）重ESD防護。ESD防護在模擬IC設（shè）計中是很重要的一（yī）環，但是國內IC企（qǐ）業很少有專人去負責，所以本文（wén）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（shì）硬件工程師都不需要去翻閱大量（liàng）的（de）資料，而對ESD有一個認知。1.發生在芯片上PCB板前的過程中（生產（chǎn） 、封（fēng）裝、運輸、銷售、上板）這（zhè）類ESD事件完.（）全需要由芯片自（zì）己承受。業界對於這類ESD事件進行了分類主要分為三種模型（xíng）：HBM（Human body Model），MM（Machine Model），CDM（Charged Device Model），SDM（socket device Model），顧名思義（yì）HBM模型是仿真人體接（jiē）觸模（mó）型（就是憨憨用手直接摸芯片），MM模型仿真機械接觸，CDM模型是仿真芯片因為摩擦或者熱等（děng）原（yuán）因內（nèi）部集聚（jù）了（le）電荷，然後通（tōng）過探針或（huò）者封裝等途徑從芯片內部放電到外部，起初CDM模型有兩種分類，其中一種是non-socket device Model，是在測試的時候探針直接紮入PAD，而另一種socket device Model是測試的時候把芯片放入一個基座然後探（tàn）針紮入基座（zuò），後來這兩種方式的結果差距有些大，就把SDM單獨拎出（chū）來（lái）了。目前還是以MIL-883作（zuò）為（wéi）主流標準。 2.芯片已經在PCB上電（diàn）工（gōng）作後（hòu）發生的（de）ESD事件。這類ESD事件主要包含（hán）：接觸放電，空氣放電，熱插拔，浪湧這幾種。這類ESD事件普遍能（néng）量大，時間久。但是與前一（yī）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（piàn）本身在外界的幫助下可（kě）以不需要承受靜電流（liú）。而這類ESD事件的詳規主要在IEC61000-4-2和IEC61000-4-5中，目前國內硬件（jiàn）工程師主要解決這方麵的ESD事件（jiàn）。HBM是目前片級ESD防護比較（jiào）成熟（shú）的模型。通過建立（lì）人（rén）體放電模型，仿真人體無保護直接接觸芯片的情況。
圖2.HBM放電波（bō）形
圖3.HBM等級
一般以電壓來表達HBM等級，不（bú）同的IC根據使用場景對於HBM等級有不同的要求。而隨著越來越規範（fàn）的生產製度（dù），HBM模型造成的失效比例在（zài）一步步（bù）的降低。
圖4.HBM測試模型
2.MM模型。
MM與（yǔ）HBM模型相似，仿真的（de）是機械設備接觸芯片的情況。
圖5.MM放電模型
圖6.MM放（fàng）電波形
圖7.MM放電等級
MM放電模型也隨著高度規範的生產流程，慢慢淡出人（rén）們（men）的視線。現在業界將HBM與MM進行（háng）整（zhěng）合，製定了HMM模型。
3.CDM模型 ！！！！
這（zhè）是本期的重點，因為隨著IC規模越來越大，ESD失效中CDM的比（bǐ）重正在快速上升，尤其是（shì）數-模（mó）不（bú）同電壓（yā）域的芯片（piàn），更易發生CDM事件。
CDM的場景是芯片因（yīn）為摩擦或者其它原因在襯底內部（bù）集聚了很多電荷，當在封裝或者（zhě）測試時芯片引腳接觸到探（tàn）針後發生的放電事件。CDM放電事件主要會對MOS器件的柵極造成（chéng）損壞，造成（dielectric failure）。CDM是三種模型中最難處理的情況，放電（diàn）時間（jiān）短，電流幅值大。放電路徑與HBM和MM有（yǒu）差異。
圖8.CDM放電模型
圖9.CDM放（fàng）電模型
圖10.CDM放電等級
CDM模型500V折算電流是10.4A。而（ér）且CDM的脈衝時間極短，大約~0.3ns達到電流最大值。
圖11.CDM放電測試（shì）模型
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