越尔兴带你初步了解关于ESD静电防护

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越尔兴带你初步了解关于ESD静电防护

静电放电（ESD：Electrostatic Discharge），应该是造成所有电子元器件或集成电路系统造成过度电应力（EOS：Electrical Over Stress）破坏的主要元凶。因为静电通常瞬间电压非常高（>几KV），所以这种损伤是毁灭性和永久性的，会造成电路直接烧毁。所以预防静电损伤是所有IC设计和制造的头号难题。
静电，通常都是人为产生的，如生产、组装、测试、存放、搬运等过程中都有可能使得静电累积在人体、仪器或设备中，甚至元器件本身也会累积静电，当人们在不知情的情况下使这些带电的物体接触就会形成放点路径，瞬间使得电子元件或系统遭到静电放点的损坏，如同云层中储存的电荷瞬间击穿云层产生剧烈的闪电，会把大地劈开一样，而且通常都是在雨天来临之际，因为空气湿度大易形成导电。
二极管有一个特性：正向导通反向截止，而且反偏电压继续增加会发生击穿而导通，我们称之为钳位二极管。静电保护就是利用反向截止的特性让这个旁路在正常工作时处于断开状态，而外界有静电的时候这个旁路二极管发生击穿而形成旁路通路保护了内部电路或者栅极。PN结的击穿分两种，分别是电击穿和热击穿，电击穿指的是雪崩击穿（低浓度）和齐纳击穿（高浓度），而这个电击穿主要是载流子碰撞电离产生新的电子，所以它是可恢复的，但热击穿是不可恢复的，因为热量聚集导致硅被烧毁了。所以我们需要控制在导通的瞬间控制电流，一般会在保护二极管再串联一个高电阻。
根据静电的产生方式以及对电路的损伤模式不同通常分为四种测试方式：人体放电模式（HBM）、机器放电模式（MM）、元件充电模式（CDM）、电场感应模式（FIM），但是业界通常使用前两种模式来测试。
1.人体放电模式（HBM）
当人体摩擦产生了电荷突然碰到芯片释放的电荷导致芯片烧毁击穿，秋天和别人碰触经常触电就是这个原因。
2.机器放电模式（MM）
当机器移动产生的静电触碰芯片时由pin脚释放，次标准为EIAJ-IC-121 method 20(或者标准EIA/JESD22-A115-A)，等效机器电阻为0 (因为金属)，电容依旧为100pF。由于机器是金属且电阻为0，所以放电时间很短，几乎是ms或者us之间。但是更重要的问题是，由于等效电阻为0，所以电流很大，所以即使是200V的MM放电也比2kV的HBM放电的危害大。而且机器本身由于有很多导线互相会产生耦合作用，所以电流会随时间变化而干扰变化。