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讲解ESD根本_芯片_电压

萌界大人物 2025-01-02 11:59:00 0

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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;

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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。

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(图片来自网络侵删)

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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