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靜電放電ESD三種模型和防護設計

更新時間:2020-06-02      點擊次數(shù):1047

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

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靜電放電

2.MM:Machine Model,機器模型:(0Ω±10% / 200PF±10%)    機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,機器模型與人體模型的差異較大,實際上機器的儲電電容變化較大,但為了描述的統(tǒng)一,取200pF。由于機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,機器模式遠大于人體模型。

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3.CDM:Charged Device Model,充電器件模型:
    半導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、測試、運輸及存貯過程中,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:

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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防護是一項系統(tǒng)工程,需要各個環(huán)節(jié)的控制。下圖是一個ESD防護的流程圖:

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ESD防護設計可分為單板防護設計、系統(tǒng)防護設計、加工環(huán)境設計和應用環(huán)境防護設計,單板防護設計可以提高單板ESD水平,降低系統(tǒng)設計難度和系統(tǒng)組裝的靜電防護要求。當系統(tǒng)設計還不能滿足要求時,需要進行應用環(huán)境設計防護設計。ESD敏感器件在裝聯(lián)和整機組裝時,環(huán)境的ESD直接加載到器件,所以加工環(huán)境的ESD防護是至關重要的。
    一般整機、單板、接口的接觸放電應達到±2000V(HBM)以上的防護要求。器件的ESD防護設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能量達到保護器件的目的。ESD是電荷放電,具有電壓高,持續(xù)時間短的特點,根據(jù)這些特點,ESD能量衰減可通過電壓限制、電流限制、高通濾波、帶通濾波等方式實現(xiàn),所以防護電路的形式多種多樣。  

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