ESD原理详解（二）

上期讲了HBM，MM，CDM三种芯片级ESD事件，这期讲一下系统级ESD事件：空气放电，接触放电，浪涌，热插拔这几种ESD事件，其中气放电，接触放电是由IEC61000-4-2进行解释，而浪涌是由IEC61000-4-5进行解释。

一.系统级ESD事件类别：

1.接触放电：

      实验设备的电极与被测设备直接接触。

2.空气放电：

      实验设备的电极靠近被测设备，由火花对被测设备进行放电。

接触放电和空气放电测试的是仪器设备在使用过程中与另一带电仪器可能发生的静电事件。

3.热插拔：

      在上电情况下，端口或者模块直接断开或连接，保护设备不被过大电流或电压损毁。

4.浪涌：

      具有短上升时间，长衰减时间的电流，电压，功率的瞬态波形。(transient wave of electrical current, voltage or power propagating along a line or a circuit and characterized by a rapid increase followed by a slower decrease)。浪涌测试是验证仪器能否承受雷击或开关通断时产生的短时间的强脉冲。

二.系统级ESD事件规范：

1.IEC61000-4-2：

图1.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2标准

图2.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2接触放电和空气放电测试等级。

图3.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2放电测试波形。

图4.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2接触放电和空气放电波形参数。

图5.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2测试电路。

2.IEC61000-4-5：

图6.IEC61000-4-5标准封面。

图7.IEC61000-4-5浪涌测试等级。

图8.IEC61000-4-5浪涌生成电路。

IEC标准中提到了两种浪涌模式：一种是1.2/50μs的开路电压条件和8/20μs的短路电流条件。

图9.IEC61000-4-5浪涌测试波形参数。

图10.IEC61000-4-5开路电压浪涌波形。

图11.IEC61000-4-5短路电流浪涌波形。

三.系统级与芯片级异同

1.系统级ESD事件与芯片级ESD事件的异同：

A.芯片级ESD事件主要针对的是发生在芯片上PCB板前的过程中（生产 、封装、运输、销售、上板）这类ESD事件完（）全需要由芯片自己承受。系统级ESD事件是针对整个系统而言（PCB级），这类ESD事件需要整个系统协同完成。

B.系统级ESD事件的电压电流强度都远强于芯片级。

系统级ESD防护设计与芯片级ESD防护设计的异同：

A.芯片级ESD防护与核心电路都是在同一wafer下流片，所以防护能力与工艺是强相关，线宽越小ESD鲁棒性越差，且受foundry工艺影响很大，不同foundry的工艺流程不同，造成ESD设计的互通性很差。芯片级ESD设计更多考验的是工程师对于器件结构与版图的理解，在有限的面积与其它约束下尽可能保证核心电路不在ESD事件中损坏。

B.系统级ESD防护虽然要求更高，但是核心元器件和ESD防护元器件是分立的，可以针对要求采用不同的ESD防护器件。常见的有TVS和ESD阵列防护芯片，工程师在设计过程中可以忽略ESD元器件的工作原理，直接进行黑盒设计而且可替换性强，芯片级ESD防护器件与芯片本身是共生关系，一荣俱荣，一损俱损。而系统级ESD防护元器件与被保护元器件相对独立，相互影响较小。