ESD原理詳解（二）

上期講了HBM，MM，CDM三種芯片級ESD事件，這期講一下係統級ESD事件：空氣放電，接觸放電，浪湧，熱插拔這幾種ESD事件，其中（zhōng）氣放電，接觸放電是由IEC61000-4-2進行解釋，而浪湧是（shì）由IEC61000-4-5進行解釋。

一.係統級ESD事件類別：

1.接觸放（fàng）電（diàn）：

      實（shí）驗設備的電極與被測設備直接接觸（chù）。

2.空氣放電：

      實驗（yàn）設備的電極靠近（jìn）被測設備，由火花對被（bèi）測設備進行放電。

接觸放電和空氣放電測試的是儀器設備（bèi）在使用過程中與另一帶電儀器可能發生的靜電事件。

3.熱插拔：

      在上電情況（kuàng）下，端口或者模塊直接（jiē）斷開或連接，保護設備不被過大電流或電壓損（sǔn）毀。

4.浪湧：

      具有短上升時間，長衰減時間的電流，電壓，功率的瞬態波形。(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)。浪湧測（cè）試是驗證儀器（qì）能否承受雷擊或開關通斷時產生的短時間的強脈衝。

二.係統級ESD事件規範：

1.IEC61000-4-2：

圖1.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2標準

圖2.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2接觸放電和（hé）空氣（qì）放電測試等級。

圖3.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2放電測試波形。

圖4.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2接觸（chù）放電（diàn）和空氣放電波形參數。

圖5.GB/T 17626.2-2006/IEC 61000-4-2測試電路。

2.IEC61000-4-5：

圖6.IEC61000-4-5標準封麵。

圖7.IEC61000-4-5浪湧測試等級。

圖（tú）8.IEC61000-4-5浪湧生成電路。

IEC標準中提到了兩種浪湧模式：一種是1.2/50μs的開（kāi）路電壓條件和8/20μs的短路電流條件。

圖9.IEC61000-4-5浪湧測試（shì）波（bō）形（xíng）參數（shù）。

圖10.IEC61000-4-5開（kāi）路電（diàn）壓浪湧（yǒng）波形。

圖11.IEC61000-4-5短路電流浪湧波形。

三.係統級與芯片級異同

1.係統（tǒng）級ESD事件與芯片級ESD事（shì）件的（de）異同：

A.芯片級ESD事件主要針對（duì）的是發生在（zài）芯片上PCB板前（qián）的過程中（生產 、封裝、運輸、銷售、上板）這類ESD事件完（）全（quán）需要由芯片自己承受。係統級ESD事件是針對整個係統而言（PCB級），這類ESD事件需要整（zhěng）個係統協同完成。

B.係統級ESD事件的電壓電流強度都遠強於芯片級。

係統級ESD防護設計與芯片級（jí）ESD防護設計的異同：

A.芯片級ESD防護與核心電路都是（shì）在同一wafer下流片，所以防護能力與工藝是強相關，線寬越小ESD魯棒性越差（chà），且受foundry工藝影響很大，不同foundry的工藝流程不同，造成ESD設計的（de）互通性很差。芯片級ESD設計更（gèng）多考驗的是（shì）工程師對於器（qì）件結構與版圖的理解，在有限（xiàn）的麵積與其（qí）它約束下盡可能保證核心電路不在ESD事（shì）件中損壞。

B.係統級ESD防護雖然要求更高，但（dàn）是核（hé）心元器件（jiàn）和ESD防護元器件（jiàn）是分立的（de），可以針對要求采（cǎi）用不同的ESD防護器件。常見的有TVS和ESD陣列防護芯片，工程師在設（shè）計過程中可（kě）以忽略（luè）ESD元器件的工作原（yuán）理，直（zhí）接進行黑盒（hé）設計而且可（kě）替換性強，芯片級ESD防護器件與芯片本身是共生關係，一榮俱榮，一損俱損。而係（xì）統級（jí）ESD防護元器件與被保護元器件相對獨立，相互影（yǐng）響較小（xiǎo）。