靜電放電ESD三種模型和防護設計

ESD：Electrostatic Discharge，即（jí）是靜電放電，每（měi）個從事硬件設計和生產的（de）工（gōng）程師都必須掌握ESD的相關（guān）知識。為了（le）定量（liàng）表征（zhēng）ESD特性，一般將ESD轉化成模型表達方（fāng）式，ESD的模型有很多種，下麵介（jiè）紹（shào）常用的三種：

1．HBM：Human Body Model，人體模型：(1500Ω±10％ / 100PF±10％)    該模型表征人體（tǐ）帶電接觸（chù）器件放電，Rb為等效人體電阻，Cb為等效（xiào）人體（tǐ）電容。等效電路如下圖。圖中同時給出了器件HBM模型的（de）ESD等級。

2．MM：Machine Model，機器模型：(0Ω±10％ / 200PF±10％)    機器模型的等效電路與人體（tǐ）模型相似，但等效電容（Cb）是200pF，等效電阻為0，機器模型與人體模（mó）型的差異（yì）較大，實際上機器的儲（chǔ）電電容變化（huà）較大，但為了描述的統一，取200pF。由於機器模型放電時（shí）沒有電阻，且儲電電（diàn）容（róng）大於人（rén）體模式，同等電壓（yā）對器件的損害，機（jī）器模式遠大於人體模型。

3．CDM：Charged Device Model，充電器件模型：
    半導體器件主要采用三種封裝（zhuāng）型式（金屬、陶（táo）瓷、塑（sù）料）。它們在裝配、傳遞、試（shì）驗、測試、運輸及存貯過（guò）程中（zhōng），由於管殼與其它絕緣材料（如包裝用的塑料袋、傳遞（dì）用的塑料容器等）相互磨擦（cā），就會使管殼帶電。器件本身作為電（diàn）容器的一（yī）個極板而（ér）存貯電荷。CDM模型就是基於（yú）已帶（dài）電的器件（jiàn）通過管腳與地接觸時，發生對地放電引起器件失效（xiào）而建立的，器件帶（dài）電模型如下：

器件的ESD等級一般按以上三種模型測試，大部分ESD敏感（gǎn）器（qì）件手冊上都有器件的ESD數據，一般給出的是（shì）HBM和MM。
    通過器件的ESD數據可以了解（jiě）器件的ESD特性，但要注意，器件的每個管（guǎn）腳的ESD特性差異（yì）較大，某些管腳的ESD電壓會特別低，一般來說，高速端口，高阻輸入端口，模擬端口ESD電壓會比較低。
ESD防護（hù）是一項係統（tǒng）工程，需要各個環節（jiē）的控製（zhì）。下圖是一個ESD防護的流程圖：

ESD防護設計（jì）可分為單板（bǎn）防護（hù）設計、係統防護設（shè）計、加（jiā）工環境（jìng）設計和應用環境防護設計，單板防護設計可以提高單板ESD水平，降低係統設計難度和係（xì）統組裝的靜電防護要求。當（dāng）係統設計還不能滿足要求時，需要進行應用環境設計防護設計。ESD敏感器（qì）件在裝聯和整機組裝時，環境的ESD直接加載到器件，所以加工環境的ESD防護是至關重（chóng）要的。
    一般（bān）整機、單（dān）板、接口的接觸放電應達到±2000V（HBM）以上的防護要求。器件（jiàn）的ESD防護設計是在器件（jiàn）不能滿足ESD環境要求的（de）情況下，通過衰減加到器件上的（de）ESD能量達到保（bǎo）護器件的目的。ESD是電荷放電，具有電壓高，持續時間短的特點，根據這些特點，ESD能量衰減可通過電壓限製、電流限製、高通濾波、帶通濾波（bō）等（děng）方式實（shí）現，所以防護電路的（de）形式多種多樣。