模擬分析靜電放電（ESD）事件

靜電放電（ESD）理論研究的已經(jīng)相當(dāng)成熟，為了模擬分析靜電事件，前人設(shè)計(jì)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(yīng)模型，場增強(qiáng)模型，機(jī)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(chǎn)品則用IEC 6 1000-4-2的放電模型做測試。為對 ESD 的測試進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，歐共體的 IEC 61000-4-2 已建立起嚴(yán)格的瞬變沖擊抑制標(biāo)準(zhǔn)；電子產(chǎn)品必須符合這一標(biāo)準(zhǔn)之后方能銷往歐共體的各個(gè)成員國。

因此，大多數(shù)生產(chǎn)廠家都把 IEC 61000-4-2看作是 ESD 測試的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 17626.2-1998）等同于I EC 6 1000-4-2。大多是實(shí)驗(yàn)室用的靜電發(fā)生器就是按 IEC 6 1000-4-2的標(biāo)準(zhǔn)，分為接觸放電和空氣放電。靜電發(fā)生器的模型如圖 1。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(gè)上升沿在1nS左右的一個(gè)上升沿，要消除這個(gè)上升沿要求ESD保護(hù)器件響應(yīng)時(shí)間要小于這個(gè)時(shí)間。靜電放電的能量主要集中在幾十MHz到500MHz，很多時(shí)候我們能從頻譜上考慮，如濾波器濾除相應(yīng)頻帶的能量來實(shí)現(xiàn)靜電防護(hù)。其放電頻譜如下，這個(gè)圖是我自己畫的，只能定性的看，不能定量。

IEC 61000-4-2規(guī)定了幾個(gè)試驗(yàn)等級，目前手機(jī)CTA測試執(zhí)行得是3級，即接觸放電6KV，空氣放電8KV。很多手機(jī)廠家內(nèi)部執(zhí)行更高的靜電防護(hù)等級。

當(dāng)集成電路（ IC ）經(jīng)受靜電放電（ ESD）時(shí)，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(shí)，放電回路的電阻幾乎為零，造成高達(dá)數(shù)十安培的瞬間放電尖峰電流，流入相應(yīng)的 IC 管腳。瞬間大電流會嚴(yán)重?fù)p傷 IC ，局部發(fā)熱的熱量甚至?xí)诨杵苄?。ESD 對 IC的損傷還包括內(nèi)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(yīng)和 CMOS 器件內(nèi)部的類似可控硅的結(jié)構(gòu)單元被激活有關(guān)。高電壓可激活這些結(jié)構(gòu)，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(dá) 1A 。死鎖電流會一直保持，直到器件被斷電。不過到那時(shí)， IC 通常早已因過熱而燒毀了。