基本ESD模型

将一個電容充電到高電壓（一般是2kV至8kV），然後通過閉合開關将電荷釋放進準備承受ESD沖擊的“受損”器件（圖1）。電荷的極性可以是正也可以是負，因此必須同時處理好正負ESD兩種情況。

(1) HBM ( Human Body Model)，人體放電模型；

指帶電荷的人體與集成電路産品的管腳接觸并發生靜電荷轉移時，産生的ESD現象。

人體等效電阻約1500歐姆，等效電容值為lOOpF，Ls與Cs寄生電感和電容。該ESD放電産生電流波形的上升時間在2~ 10ns範圍内，持續時間在150 ~ 200ns範圍内.由于HBM模型中的電感、電容等參數針對于不同環境和人體會有所差異，因此各組織機構制定各自HBM模型中的寄生電容、電感值略有差異，但其HBM放電波形基本一緻。

(2) MM ( Machine Model)，機器放電模型；

模拟機器手臂等金屬工具與芯片管腳接觸并發生靜電荷轉移，産生的ESD事件。

金屬機械的寄生電阻較小（約20歐姆）、等效電容較大（200pF)且存在寄生電感Ls,因此MM放電過程維持時間短，電流波形呈阻尼振蕩且峰值電流較高，一般為相同等級HBM ESD峰值電流的20 ~ 30倍。MM波形上升時間在6 ~ 8ns範圍内，脈寬約為100ns。

備注：MM模型，由于電阻過小，實驗嚴苛，目前已經基本不再進行，用CDM代替；

(3) CDM ( Charged Device Model)，組件充電模型；

主要模拟封裝後的芯片在裝配、運輸中由于摩擦或者感應自身攜帶了電荷，當芯片管腳接觸到地或其他物體引起電荷轉移，大量電荷從IC内部流出産生的ESD現象。

芯片本身的寄生電阻、電容和電感與芯片的版圖尺寸、封裝形式、放電位置等都有密切關系。芯片寄生電阻較小（約15歐姆），因此CDM放電過程迅速，其電流波形的上升時間約為0.2ns ~ 0.4ns，脈寬小于5ns,電流峰值也較大，約為相同等級HBM ESD的15 ~ 20倍。由于其電流脈沖上升時間極短，對ESD防護器件的開啟速度要求十分嚴格。

(4) HMM ( Human-Metal-Model)，人體金屬放電模式；

業界最新研究的一種ESD模式，主要模拟帶有靜電荷的人體通過金屬、機械等與芯片管腳相接觸，發生電荷轉移的ESD過程。

HMM主要用來評價芯片在系統級ESD測試中的魯棒性。該模型尚在廣泛讨論當中，并無标準的模型和參數，隻有兩個指導性文檔ESD TR5.6-01-09和DSP5.6。

備注：上圖中模拟了一種人體金屬模式等效電路圖，等效電容為150pF，等效電阻約為330^2, L1、C1、L2為放電回路寄生參數，Cb為平闆電容，其放電波形的上升時間大概為0.8ns±0.2ns，持續時間約為50ns。

ESD 失效原因

失效類型分為兩大類：緻命失效 & 性能退化；

緻命失效：介質擊穿、金屬溶斷、PN結穿刺、接觸孔金屬電遷移等，它會直接造成開路、短路或漏電增大，導緻芯片永久性失效；

性能退化：會造成芯片内部電路參數漂移、壽命降低，影響芯片的工作性能但一般不會立刻導緻芯片失效。

ESD保護電路的功能

其在芯片功能正常工作時處于透明狀态，不影響産品性能參數，占據芯片版圖面積小，并且在ESD應力下能夠及時快速的開啟，将ESD電流通過ESD防護電路順利洩放，将芯片内電壓箱位在安全範圍，有效保護芯片内部胞弱的晶體管，同時ESD防護器件本身要足夠強壯而不被ESD應力損壞。這就要求了設計優異ESD防護器件應滿足的四個标準：透明性、敏捷性、有效性和魯棒性。

ESD 關鍵參數

說明：

反向工作電壓：對應線路上的工作電壓 or 最高變頻電壓；

最小擊穿電壓：測量方式為反向電流1mA時的電壓；

反向漏電流：在最大反向工作電壓對應的電流；高阻端口

鉗位電壓：當電路經過8個20us的pulse後，在規定電流下的殘餘電壓；為了确保在8個20us的pulse後，電路依然可以正常工作；

結電容：速率高的場景，對結電容敏感；

注意：

ESD的截止電壓需要大于被保護IC的最大工作電壓，否則會影響電路正常工作；如：工作電壓為5V的線路，應選擇截止電壓大于等于5V的ESD器件進行保護；

在高速端口（如：USB 3.0, USB3.1, HDMI, IEEE1394等）,ESD保護器件的結電容應選擇盡量小，以避免影響通信質量；

根據電路設計布局及被保護線路選擇合适的封裝形式。一般情況下：ESD器件封裝大小從一定程度上可以反應防護等級大小，一般封裝越大，可容納的ESD芯片面積也越大，防護等級也越高；

接口盡量靠近大面積的底線，洩放回路也是越短越好；

電路保護器件

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