转贴-三种ESD模型及其防护设计

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  三种ESD模型及其防护设计
ESD：Electrostatic Discharge，即是静电放电，每个从事硬件设计和生产的工程师都必须掌握ESD的相关知识。为了定量表征ESD特性，一般将ESD转化成模型表达方式，ESD的模型有很多种，下面介绍最常用的三种：
1．HBM：Human Body Model，人体模型：
该模型表征人体带电接触器件放电，Rb为等效人体电阻，Cb为等效人体电容。等效电路如下图。图中同时给出了器件HBM模型的ESD等级。

2．MM：Machine Model，机器模型：
机器模型的等效电路与人体模型相似，但等效电容（Cb）是200pF，等效电阻为0，机器模型与人体模型的差异较大，实际上机器的储电电容变化较大，但为了描述的统一，取200pF。由于机器模型放电时没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压对器件的损害，机器模式远大于人体模型。  
   
3．CDM：Charged Device Model，充电器件模型：
半导体器件主要采用三种封装型式（金属、陶瓷、塑料）。它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料（如包装用的塑料袋、传递用的塑料容器等）相互磨擦，就会使管壳带电。器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。CDM模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的，器件带电模型如下：

器件的ESD等级一般按以上三种模型测试，大部分ESD敏感器件手册上都有器件的ESD

数据，一般给出的是HBM和MM。
通过器件的ESD数据可以了解器件的ESD特性，但要注意，器件的每个管脚的ESD特性差异较大，某些管脚的ESD电压会特别低，一般来说，高速端口，高阻输入端口，模拟端口ESD电压会比较低。
ESD防护是一项系统工程，需要各个环节实施全面的控制。下图是一个ESD防护的流程图：

ESD防护设计可分为单板防护设计、系统防护设计、加工环境设计和应用环境防护设计，单板防护设计可以提高单板ESD水平，降低系统设计难度和系统组装的静电防护要求。当系统设计还不能满足要求时，需要进行应用环境设计防护设计。ESD敏感器件在装联和整机组装时，环境的ESD直接加载到器件，所以加工环境的ESD防护是至关重要的。
一般整机、单板、接口的接触放电应达到±2000V（HBM）以上的防护要求。器件的ESD防护设计是在器件不能满足ESD环境要求的情况下，通过衰减加到器件上的ESD能量达到保护器件的目的。ESD是电荷放电，具有电压高，持续时间短的特点，根据这些特点，ESD能量衰减可通过电压限制、电流限制、高通滤波、带通滤波等方式实现，所以防护电路的形式多种多样，这里就不一一列举。



作者：殷志文，深圳电子学会电子可靠性专业委员会主任兼深圳易瑞来科技开发有限公司技术总监。华中理工大学工学硕士，1999年至2005年就职于华为技术公司。精通PSPICE电路仿真、高速数字电路SI和时序仿真、以及热仿真等各种仿真技术。