ESD原理詳解（二）

上期講了HBM，MM，CDM三種芯片級(jí)ESD事件，這期講一下系統(tǒng)級(jí)ESD事件：空氣放電，接觸放電，浪涌，熱插拔這幾種ESD事件，其中氣放電，接觸放電是由IEC61000-4-2進(jìn)行解釋，而浪涌是由IEC61000-4-5進(jìn)行解釋。

一.系統(tǒng)級(jí)ESD事件類別：

1.接觸放電：

      實(shí)驗(yàn)設(shè)備的電極與被測(cè)設(shè)備直接接觸。

2.空氣放電：

      實(shí)驗(yàn)設(shè)備的電極靠近被測(cè)設(shè)備，由火花對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行放電。

接觸放電和空氣放電測(cè)試的是儀器設(shè)備在使用過程中與另一帶電儀器可能發(fā)生的靜電事件。

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(hù)設(shè)備不被過大電流或電壓損毀。

4.浪涌：

      具有短上升時(shí)間，長(zhǎng)衰減時(shí)間的電流，電壓，功率的瞬態(tài)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)。浪涌測(cè)試是驗(yàn)證儀器能否承受雷擊或開關(guān)通斷時(shí)產(chǎn)生的短時(shí)間的強(qiáng)脈沖。

二.系統(tǒng)級(jí)ESD事件規(guī)范：

1.IEC61000-4-2：

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

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

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

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

圖5.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2測(cè)試電路。

2.IEC61000-4-5：

圖6.IEC61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)封面。

圖7.IEC61000-4-5浪涌測(cè)試等級(jí)。

圖8.IEC61000-4-5浪涌生成電路。

IEC標(biāo)準(zhǔn)中提到了兩種浪涌模式：一種是1.2/50μs的開路電壓條件和8/20μs的短路電流條件。

圖9.IEC61000-4-5浪涌測(cè)試波形參數(shù)。

圖10.IEC61000-4-5開路電壓浪涌波形。

圖11.IEC61000-4-5短路電流浪涌波形。

三.系統(tǒng)級(jí)與芯片級(jí)異同

1.系統(tǒng)級(jí)ESD事件與芯片級(jí)ESD事件的異同：

A.芯片級(jí)ESD事件主要針對(duì)的是發(fā)生在芯片上PCB板前的過程中（生產(chǎn) 、封裝、運(yùn)輸、銷售、上板）這類ESD事件完（）全需要由芯片自己承受。系統(tǒng)級(jí)ESD事件是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言（PCB級(jí)），這類ESD事件需要整個(gè)系統(tǒng)協(xié)同完成。

B.系統(tǒng)級(jí)ESD事件的電壓電流強(qiáng)度都遠(yuǎn)強(qiáng)于芯片級(jí)。

系統(tǒng)級(jí)ESD防護(hù)設(shè)計(jì)與芯片級(jí)ESD防護(hù)設(shè)計(jì)的異同：

A.芯片級(jí)ESD防護(hù)與核心電路都是在同一wafer下流片，所以防護(hù)能力與工藝是強(qiáng)相關(guān)，線寬越小ESD魯棒性越差，且受foundry工藝影響很大，不同foundry的工藝流程不同，造成ESD設(shè)計(jì)的互通性很差。芯片級(jí)ESD設(shè)計(jì)更多考驗(yàn)的是工程師對(duì)于器件結(jié)構(gòu)與版圖的理解，在有限的面積與其它約束下盡可能保證核心電路不在ESD事件中損壞。

B.系統(tǒng)級(jí)ESD防護(hù)雖然要求更高，但是核心元器件和ESD防護(hù)元器件是分立的，可以針對(duì)要求采用不同的ESD防護(hù)器件。常見的有TVS和ESD陣列防護(hù)芯片，工程師在設(shè)計(jì)過程中可以忽略ESD元器件的工作原理，直接進(jìn)行黑盒設(shè)計(jì)而且可替換性強(qiáng)，芯片級(jí)ESD防護(hù)器件與芯片本身是共生關(guān)系，一榮俱榮，一損俱損。而系統(tǒng)級(jí)ESD防護(hù)元器件與被保護(hù)元器件相對(duì)獨(dú)立，相互影響較小。