靜電放電(ESD)最常用的三種模型及其防護(hù)設(shè)計

　　ESD：Electrostatic Discharge，即是靜電放電，每個從事硬件設(shè)計和生產(chǎn)的工程師都必須掌握 ESD 的相關(guān)知識。為了定量表征 ESD 特性，一般將 ESD 轉(zhuǎn)化成模型表達(dá)方式，ESD 的模型有很多種，下面介紹最常用的三種。

　　1.HBM：Human Body Model，人體模型：

　　該模型表征人體帶電接觸器件放電，Rb 為等效人體電阻，Cb 為等效人體電容。等效電路如下圖。圖中同時給出了器件 HBM 模型的 ESD 等級。

　　ESD人體模型等效電路圖及其ESD等級

　　2.MM：Machine Model，機(jī)器模型：

　　機(jī)器模型的等效電路與人體模型相似，但等效電容(Cb)是 200pF，等效電阻為 0，機(jī)器模型與人體模型的差異較大，實(shí)際上機(jī)器的儲電電容變化較大，但為了描述的統(tǒng)一，取 200pF。由于機(jī)器模型放電時沒有電阻，且儲電電容大于人體模式，同等電壓對器件的損害，機(jī)器模式遠(yuǎn)大于人體模型。

　　ESD機(jī)器模型等效電路圖及其ESD等級

　　3.CDM：Charged Device Model，充電器件模型：

　　半導(dǎo)體器件主要采用三種封裝型式(金屬、陶瓷、塑料)。它們在裝配、傳遞、試驗(yàn)、測試、運(yùn)輸及存貯過程中，由于管殼與其它絕緣材料(如包裝用的塑料袋、傳 遞用的塑料容器等)相互磨擦，就會使管殼帶電。器件本身作為電容器的一個極板而存貯電荷。CDM 模型就是基于已帶電的器件通過管腳與地接觸時，發(fā)生對地放電引起器件失效而建立的，器件帶電模型如下：

　　ESD充電器件模型等效電路圖及其ESD等級

　　器件的 ESD 等級一般按以上三種模型測試，大部分 ESD 敏感器件手冊上都有器件的 ESD數(shù)據(jù)，一般給出的是 HBM 和 MM。

　　通過器件的 ESD 數(shù)據(jù)可以了解器件的 ESD 特性，但要注意，器件的每個管腳的 ESD 特性差異較大，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(xiàng)系統(tǒng)工程，需要各個環(huán)節(jié)實(shí)施全面的控制。下圖是一個 ESD 防護(hù)的流程圖：

　　ESD 防護(hù)設(shè)計流程圖

　　ESD 防護(hù)設(shè)計可分為單板防護(hù)設(shè)計、系統(tǒng)防護(hù)設(shè)計、加工環(huán)境設(shè)計和應(yīng)用環(huán)境防護(hù)設(shè)計，單板防護(hù)設(shè)計可以提高單板 ESD 水平，降低系統(tǒng)設(shè)計難度和系統(tǒng)組裝的靜電防護(hù)要求。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計還不能滿足要求時，需要進(jìn)行應(yīng)用環(huán)境設(shè)計防護(hù)設(shè)計。ESD 敏感器件在裝聯(lián)和整機(jī)組裝時，環(huán)境的 ESD 直接加載到器件，所以加工環(huán)境的 ESD 防護(hù)是至關(guān)重要的。

　　一般整機(jī)、單板、接口的接觸放電應(yīng)達(dá)到±2000V(HBM)以上的防護(hù)要求。器件的 ESD 防護(hù)設(shè)計是在器件不能滿足 ESD 環(huán)境要求的情況下，通過衰減加到器件上的 ESD 能量達(dá)到保護(hù)器件的目的。ESD 是電荷放電，具有電壓高，持續(xù)時間短的特點(diǎn)，根據(jù)這些特點(diǎn)，ESD 能量衰減可通過電壓限制、電流限制、高通濾波、帶通濾波等方式實(shí)現(xiàn)，所以防護(hù)電路的形式多種多樣，這里就不一一列舉。