電路級靜電防護設計技巧與ESD防護方法

靜電放電（ESD）理論研究的已經相當成熟，為了模擬分析靜電事件，前人設計了很多靜電放電模型。

常見的靜電模型有：人體模型（HBM），帶電器件模型，場感應模型，場增強模型，機器模型和電容耦合模型等。芯片級一般用HBM做測試，而電子產品則用IEC 6 1000-4-2的放電模型做測試。為對 ESD 的測試進行統一規范，在工業標準方面，歐共體的 IEC 61000-4-2 已建立起嚴格的瞬變沖擊抑制標準；電子產品必須符合這一標準之后方能銷往歐共體的各個成員國。

因此，大多數生產廠家都把 IEC 61000-4-2看作是 ESD 測試的事實標準。我國的國家標準（GB/T 17626.2-1998）等同于IEC 61000-4-2。大多是實驗室用的靜電發生器就是按 IEC 61000-4-2的標準，分為接觸放電和空氣放電。放電頭按接觸放電和空氣放電分尖頭和圓頭兩種。

IEC 61000-4-2的 靜電放電的波形如圖2，可以看到靜電放電主要電流是一個上升沿在1nS左右的一個上升沿，要消除這個上升沿要求ESD保護器件響應時間要小于這個時間。靜電放電的能量主要集中在幾十MHz到500MHz，很多時候我們能從頻譜上考慮，如濾波器濾除相應頻帶的能量來實現靜電防護。其放電頻譜如下，這個圖是我自己畫的，只能定性的看，不能定量。

IEC 61000-4-2規定了幾個試驗等級，目前手機CTA測試執行得是3級，即接觸放電6KV，空氣放電8KV。很多手機廠家內部執行更高的靜電防護等級。

當集成電路（ IC ）經受靜電放電（ ESD）時，放電回路的電阻通常都很小，無法限制放電電流。例如將帶靜電的電纜插到電路接口上時，放電回路的電阻幾乎為零，造成高達數十安培的瞬間放電尖峰電流，流入相應的 IC 管腳。瞬間大電流會嚴重損傷 IC ，局部發熱的熱量甚至會融化硅片管芯。ESD 對 IC的損傷還包括內部金屬連接被燒斷，鈍化層受到破壞，晶體管單元被燒壞。

ESD 還會引起 IC 的死鎖（ LATCHUP）。這種效應和 CMOS 器件內部的類似可控硅的結構單元被激活有關。高電壓可激活這些結構，形成大電流信道，一般是從 VCC 到地。串行接口器件的死鎖電流可高達 1A 。死鎖電流會一直保持，直到器件被斷電。不過到那時， IC 通常早已因過熱而燒毀了。

電路級ESD防護方法