ESD原理詳解（二）

上期講了HBM，MM，CDM三種芯片級ESD事件，這期講一下系統級ESD事件：空氣放電，接觸放電，浪涌，熱插拔這幾種ESD事件，其中氣放電，接觸放電是由IEC61000-4-2進(jìn)行解釋?zhuān)擞渴怯蒊EC61000-4-5進(jìn)行解釋。

一.系統級ESD事件類(lèi)別：

1.接觸放電：

      實(shí)驗設備的電極與被測設備直接接觸。

2.空氣放電：

      實(shí)驗設備的電極靠近被測設備，由火花對被測設備進(jìn)行放電。

接觸放電和空氣放電測試的是儀器設備在使用過(guò)程中與另一帶電儀器可能發(fā)生的靜電事件。

3.熱插拔：

      在上電情況下，端口或者模塊直接斷開(kāi)或連接，保護設備不被過(guò)大電流或電壓損毀。

4.浪涌：

      具有短上升時(shí)間，長(cháng)衰減時(shí)間的電流，電壓，功率的瞬態(tài)波形。(transient wave of electrical current, voltage or power propagating along a line or a circuit and characterized by a rapid increase followed by a slower decrease)。浪涌測試是驗證儀器能否承受雷擊或開(kāi)關(guān)通斷時(shí)產(chǎn)生的短時(shí)間的強脈沖。

二.系統級ESD事件規范：

1.IEC61000-4-2：

圖1.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2標準

圖2.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2接觸放電和空氣放電測試等級。

圖3.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2放電測試波形。

圖4.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2接觸放電和空氣放電波形參數。

圖5.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2測試電路。

2.IEC61000-4-5：

圖6.IEC61000-4-5標準封面。

圖7.IEC61000-4-5浪涌測試等級。

圖8.IEC61000-4-5浪涌生成電路。

IEC標準中提到了兩種浪涌模式：一種是1.2/50μs的開(kāi)路電壓條件和8/20μs的短路電流條件。

圖9.IEC61000-4-5浪涌測試波形參數。

圖10.IEC61000-4-5開(kāi)路電壓浪涌波形。

圖11.IEC61000-4-5短路電流浪涌波形。

三.系統級與芯片級異同

1.系統級ESD事件與芯片級ESD事件的異同：

A.芯片級ESD事件主要針對的是發(fā)生在芯片上PCB板前的過(guò)程中（生產(chǎn) 、封裝、運輸、銷(xiāo)售、上板）這類(lèi)ESD事件完（）全需要由芯片自己承受。系統級ESD事件是針對整個(gè)系統而言（PCB級），這類(lèi)ESD事件需要整個(gè)系統協(xié)同完成。

B.系統級ESD事件的電壓電流強度都遠強于芯片級。

系統級ESD防護設計與芯片級ESD防護設計的異同：

A.芯片級ESD防護與核心電路都是在同一wafer下流片，所以防護能力與工藝是強相關(guān)，線(xiàn)寬越小ESD魯棒性越差，且受foundry工藝影響很大，不同foundry的工藝流程不同，造成ESD設計的互通性很差。芯片級ESD設計更多考驗的是工程師對于器件結構與版圖的理解，在有限的面積與其它約束下盡可能保證核心電路不在ESD事件中損壞。

B.系統級ESD防護雖然要求更高，但是核心元器件和ESD防護元器件是分立的，可以針對要求采用不同的ESD防護器件。常見(jiàn)的有TVS和ESD陣列防護芯片，工程師在設計過(guò)程中可以忽略ESD元器件的工作原理，直接進(jìn)行黑盒設計而且可替換性強，芯片級ESD防護器件與芯片本身是共生關(guān)系，一榮俱榮，一損俱損。而系統級ESD防護元器件與被保護元器件相對獨立，相互影響較小。