静电放电（ESD）的基本模型

2023-12-05 14:21:18

静电放电（ESD）的基本模型

静电放电现象指的是芯片在制造，运输，使用的过程中都会积累的电荷，这些电荷可以通过芯片引脚进入电路内部，瞬间产生高达数安的电流，从而将芯片烧毁。

静电放电产生的失效机制主要有两种，一种是热击穿，一种是电击穿。产生热击穿的根本原因是ESD脉冲产生了瞬间大电流，这时因为半导体组件的热传导特性都不是很好，由ESD电流所产生的大量热量使得温度上升，而由于ESD现象所发生的时间非常短暂，所以此过程中产生的热量很难被泄放。产生电击穿的根本原因是大电场所引起的介质击穿，这种情况经常发生在MOSFET的栅氧处。知道了产生ESD损害的原因，我们在ESD防护设计中就需要处理大电流和高电压的问题。因此，片上ESD防护的原则有以下两条：一是通过低阻通道安全泄放ESD电流，二是将电压钳在一个较低的水平。

静电放电模型

ESD事件依据静电放电产生原因及其对集成电路放电方式的不同可分成以下四类模型：

(1)人体放电模型(HBM, Human-Body Model)

(2)机器放电模型(MM, Machine Model)

(3)器件充电模型(CDM, Charged-Device Model)

(4)电场感应模型(FIM, Field-Induced Model)

以最为人熟知也最常用的人体放电模型(HBM)为例来介绍下ESD模型的概念。HBM模型是指通过接触芯片，人体上由于摩擦或其他因素所积累的静电从芯片内流过泄放至地，放电时间只有几百纳秒，而瞬间的放电电流可达到数安培，从而足以将芯片内部的组件烧毁。对于一般商用芯片标准2KV 静电防护电压而言，其对应的瞬间放电电流最大值可达到1.33A。