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静电放电最常用的三种模型及其防护设计

【导读】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。

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。

静电放电最常用的三种模型及其防护设计

ESD人体模型等效电路图及其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。

静电放电最常用的三种模型及其防护设计

ESD机器模型等效电路图及其ESD等级

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:

静电放电最常用的三种模型及其防护设计

ESD充电器件模型等效电路图及其ESD等级

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:

静电放电最常用的三种模型及其防护设计

ESD 防护设计流程图

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。

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