将一个电容充电到高电压(一样平常是2kV至8kV),然后通过闭合开关将电荷开释进准备承受ESD冲击的“受损”器件(图1)。电荷的极性可以是正也可以是负,因此必须同时处理好正负ESD两种情形。
(1) HBM ( Human Body Model),人体放电模型;
指带电荷的人体与集成电路产品的管脚打仗并发生静电荷转移时,产生的ESD征象。

人体等效电阻约1500欧姆,等效电容值为lOOpF,Ls与Cs寄生电感和电容。该ESD放电产生电流波形的上升韶光在2~ 10ns范围内,持续韶光在150 ~ 200ns范围内.由于HBM模型中的电感、电容等参数针对付不同环境和人体会有所差异,因此各组织机构制订各自HBM模型中的寄生电容、电感值略有差异,但其HBM放电波形基本同等。
(2) MM ( Machine Model),机器放电模型;
仿照机器手臂等金属工具与芯片管脚打仗并发生静电荷转移,产生的ESD事宜。
金属机器的寄生电阻较小(约20欧姆)、等效电容较大(200pF)且存在寄生电感Ls,因此MM放电过程坚持韶光短,电流波形呈阻尼振荡且峰值电流较高,一样平常为相同等级HBM ESD峰值电流的20 ~ 30倍。MM波形上升韶光在6 ~ 8ns范围内,脉宽约为100ns。
备注:MM模型,由于电阻过小,实验严苛,目前已经基本不再进行,用CDM代替;
(3) CDM ( Charged Device Model),组件充电模型;
紧张仿照封装后的芯片在装置、运输中由于摩擦或者感应自身携带了电荷,当芯片管脚打仗到地或其他物体引起电荷转移,大量电荷从IC内部流动身生的ESD征象。
芯片本身的寄生电阻、电容和电感与芯片的版图尺寸、封装形式、放电位置等都有密切关系。芯片寄生电阻较小(约15欧姆),因此CDM放电过程迅速,其电流波形的上升韶光约为0.2ns ~ 0.4ns,脉宽小于5ns,电流峰值也较大,约为相同等级HBM ESD的15 ~ 20倍。由于其电流脉冲上升韶光极短,对ESD防护器件的开启速率哀求十分严格。
(4) HMM ( Human-Metal-Model),人体金属放电模式;
业界最新研究的一种ESD模式,紧张仿照带有静电荷的人体通过金属、机器等与芯片管脚相打仗,发生电荷转移的ESD过程。
HMM紧张用来评价芯片在系统级ESD测试中的鲁棒性。该模型尚在广泛谈论当中,并无标准的模型和参数,只有两个辅导性文档ESD TR5.6-01-09和DSP5.6。
备注:上图中仿照了一种人体金属模式等效电路图,等效电容为150pF,等效电阻约为330^2, L1、C1、L2为放电回路寄生参数,Cb为平板电容,其放电波形的上升韶光大概为0.8ns±0.2ns,持续韶光约为50ns。
ESD 失落效缘故原由
失落效类型分为两大类:致命失落效 & 性能退化;
致命失落效:介质击穿、金属溶断、PN结穿刺、打仗孔金属电迁移等,它会直接造成开路、短路或泄电增大,导致芯片永久性失落效;
性能退化:会造成芯片内部电路参数漂移、寿命降落,影响芯片的事情性能但一样平常不会急速导致芯片失落效。
ESD保护电路的功能
其在芯片功能正常事情时处于透明状态,不影响产品性能参数,霸占芯片版图面积小,并且在ESD应力下能够及时快速的开启,将ESD电流利过ESD防护电路顺利泄放,将芯片内电压箱位在安全范围,有效保护芯片内部胞弱的晶体管,同时ESD防护器件本身要足够强壮而不被ESD应力破坏。这就哀求了设计精良ESD防护器件应知足的四个标准:透明性、敏捷性、有效性和鲁棒性。
ESD 关键参数
解释:
反向事情电压:对应线路上的事情电压 or 最高变频电压;
最小击穿电压:丈量办法为反向电流1mA时的电压;
反向泄电流:在最大反向事情电压对应的电流;高阻端口
钳位电压:当电路经由8个20us的pulse后,在规定电流下的残余电压;为了确保在8个20us的pulse后,电路依然可以正常事情;
结电容:速率高的场景,对结电容敏感;
把稳:
ESD的截止电压须要大于被保护IC的最大事情电压,否则会影响电路正常事情;如:事情电压为5V的线路,应选择截止电压大于即是5V的ESD器件进行保护;
在高速端口(如:USB 3.0, USB3.1, HDMI, IEEE1394等),ESD保护器件的结电容应选择只管即便小,以避免影响通信质量;
根据电路设计布局及被保护线路选择得当的封装形式。一样平常情形下:ESD器件封装大小从一定程度上可以反应防护等级大小,一样平常封装越大,可容纳的ESD芯片面积也越大,防护等级也越高;
接口只管即便靠近大面积的底线,泄放回路也是越短越好;
电路保护器件
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