介紹三種芯片級(jí)ESD事件

一.ESD的分類：

ESD按照發(fā)生階段主要分為兩類：

1.發(fā)生在芯片上PCB板前的過程中（生產(chǎn) 、封裝、運(yùn)輸、銷售、上板）這類ESD事件完全需要由芯片自己承受。業(yè)界對(duì)于這類ESD事件進(jìn)行了分類主要分為三種模型：HBM（Human body Model），MM（Machine Model），CDM（Charged Device Model），SDM（socket device Model），顧名思義HBM模型是仿真人體接觸模型（就是憨憨用手直接摸芯片），MM模型仿真機(jī)械接觸，CDM模型是仿真芯片因?yàn)槟Σ粱蛘邿岬仍騼?nèi)部集聚了電荷，然后通過探針或者封裝等途徑從芯片內(nèi)部放電到外部，起初CDM模型有兩種分類，其中一種是non-socket device Model，是在測(cè)試的時(shí)候探針直接扎入PAD，而另一種socket device Model是測(cè)試的時(shí)候把芯片放入一個(gè)基座然后探針扎入基座，后來這兩種方式的結(jié)果差距有些大，就把SDM單獨(dú)拎出來了。目前還是以MIL-883作為主流標(biāo)準(zhǔn)。

2.芯片已經(jīng)在PCB上電工作后發(fā)生的ESD事件。這類ESD事件主要包含：接觸放電，空氣放電，熱插拔，浪涌這幾種。這類ESD事件普遍能量大，時(shí)間久。但是與前一類最大的區(qū)別，這類PCB上電后的ESD事件，芯片可以靠外援，通過TVS或者ESD陣列芯片進(jìn)行泄放，芯片本身在外界的幫助下可以不需要承受靜電流。而這類ESD事件的詳規(guī)主要在IEC61000-4-2和IEC61000-4-5中，目前國內(nèi)硬件工程師主要解決這方面的ESD事件。

二.ESD的原理

不同的ESD產(chǎn)生的原理不同：1.HBM模型。HBM是目前片級(jí)ESD防護(hù)比較成熟的模型。通過建立人體放電模型，仿真人體無保護(hù)直接接觸芯片的情況。

圖1.HBM放電模型

圖2.HBM放電波形

圖3.HBM等級(jí)

一般以電壓來表達(dá)HBM等級(jí)，不同的IC根據(jù)使用場(chǎng)景對(duì)于HBM等級(jí)有不同的要求。而隨著越來越規(guī)范的生產(chǎn)制度，HBM模型造成的失效比例在一步步的降低。

圖4.HBM測(cè)試模型

2.MM模型。

MM與HBM模型相似，仿真的是機(jī)械設(shè)備接觸芯片的情況。

圖5.MM放電模型

圖6.MM放電波形

圖7.MM放電等級(jí)

MM放電模型也隨著高度規(guī)范的生產(chǎn)流程，慢慢淡出人們的視線?，F(xiàn)在業(yè)界將HBM與MM進(jìn)行整合，制定了HMM模型。

3.CDM模型

這是本期的重點(diǎn)，因?yàn)殡S著IC規(guī)模越來越大，ESD失效中CDM的比重正在快速上升，尤其是數(shù)-模不同電壓域的芯片，更易發(fā)生CDM事件。

CDM的場(chǎng)景是芯片因?yàn)槟Σ粱蛘咂渌蛟谝r底內(nèi)部集聚了很多電荷，當(dāng)在封裝或者測(cè)試時(shí)芯片引腳接觸到探針后發(fā)生的放電事件。CDM放電事件主要會(huì)對(duì)MOS器件的柵極造成損壞，造成（dielectric failure）。CDM是三種模型中最難處理的情況，放電時(shí)間短，電流幅值大。放電路徑與HBM和MM有差異。

圖8.CDM放電模型

圖9.CDM放電模型

圖10.CDM放電等級(jí)

CDM模型500V折算電流是10.4A。而且CDM的脈沖時(shí)間極短，大約~0.3ns達(dá)到電流最大值。

圖11.CDM放電測(cè)試模型