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技術(shù)專題
CMOS技術(shù)中集成電路的ESD保護(hù)設(shè)計
ESD是靜態(tài)釋放的電荷（靜電）。這主要是由停留在特定表面或環(huán)境空氣中的電子失衡造成的。由電子的缺乏或過剩引起的電子不平衡會導(dǎo)致電場，該電場能夠遠(yuǎn)距離影響其他物體。
ESD也指的是當(dāng)兩個帶相反電荷的物體相互接觸時發(fā)生的情況。如果這兩個物體距離足夠近，則會釋放電壓，產(chǎn)生電壓尖峰，并產(chǎn)生電磁場。
我們會定期觀察ESD的影響。研究發(fā)現(xiàn)，一個典型的人體在一個8小時的工作日內(nèi)可以積累500至2500伏的電荷（稱為“靜電勢”）。但是，在25伏左右會損壞電子部件。
靜電防護(hù)的重要性
ESD故障是集成電路（IC）和其他電子系統(tǒng)最具挑戰(zhàn)性的可靠性問題之一。實際上，行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，超過30％的IC故障是由ESD或電過載（EOS）事件引起的，每年給行業(yè)造成數(shù)十億美元的損失。
但是，知道存在問題和解決該問題并不是相互排斥的。此外，當(dāng)前的解決方案不是萬能的解決方案。盡管這些EMI（電磁干擾）確實可能給電子系統(tǒng)帶來同等程度的危險，但是它們的攻擊方法并不統(tǒng)一。
了解如何防止EOS事件可以節(jié)省時間和金錢
眾所周知，所有IC和其他電子產(chǎn)品都需要ESD保護(hù)。但是，并非每種預(yù)防措施對于遇到的每種ESD模型都同樣有效。在接下來的幾段中，我將進(jìn)一步闡述它們所構(gòu)成的不同模型和保護(hù)問題。正如我之前所避免的，這也將進(jìn)一步說明，不保證一種尺寸適合所有方法。
ESD應(yīng)力模型的類型
ESD可能在各種情況下發(fā)生。為了更好地解決這些問題，已將這些ESD應(yīng)力模型分為三種特定類型或模型。ESD應(yīng)力模型的三種類型是人體模型（HBM），機(jī)器模型（MM）和充電設(shè)備模型（CDM）。
這三個基本模型在行業(yè)中用于測量IC的ESD保護(hù)水平，并評估ESD應(yīng)力在不同情況下的影響。
人體模型
顧名思義，HBM表示由ESD現(xiàn)象引起的ESD應(yīng)力，該現(xiàn)象在帶靜電的人體接觸芯片并形成放電路徑時發(fā)生。
機(jī)器型號
MM表示ESD應(yīng)力，該現(xiàn)象是由帶電的帶電荷的機(jī)器或工具與芯片接觸并在生產(chǎn)線上形成向地面的放電路徑時發(fā)生的現(xiàn)象引起的。
充電設(shè)備型號
CDM是一種在制造，生產(chǎn)或運輸過程中對IC（集成芯片）充電的方案。此外，在IC與任何導(dǎo)體或地線接觸后，電荷在IC內(nèi)部和外部之間發(fā)生轉(zhuǎn)移。
CMOS技術(shù)中的ESD保護(hù)設(shè)計
CMOS技術(shù)中的集成電路需要靜電放電（ESD）保護(hù)設(shè)計。CMOS技術(shù)中的ESD保護(hù)器件的選擇包括二極管，MOSFET和可控硅整流器（SCR）。
但是，這些ESD保護(hù)設(shè)備具有一些不良的副作用。簡而言之，由于寄生電容，它們會在高頻輸入/輸出（I / O）焊盤上造成信號損耗。因此，為了使這些ESD保護(hù)電路對高頻性能的影響最小，必須仔細(xì)設(shè)計I / O焊盤上的ESD保護(hù)電路。
一旦能夠減小寄生電容，就可以輕松地將ESD保護(hù)電路與高頻電路組合或共同設(shè)計。隨著高頻電路工作頻率的提高，針對高頻應(yīng)用的片上ESD保護(hù)設(shè)計將持續(xù)成為重要的設(shè)計因素。
CDM ESD保護(hù)設(shè)計挑戰(zhàn)
近年來，隨著自動機(jī)械和設(shè)備在生產(chǎn)線上的廣泛使用，CDM已被證明是所有ESD應(yīng)力模型中最具破壞性的放電機(jī)制。就ESD保護(hù)設(shè)計而言，CDM已逐漸成為最重要的問題。
創(chuàng)建ESD安全環(huán)境將有助于提高測試的可靠性
CDM的最重要特征之一是低阻抗放電路徑，這導(dǎo)致了極快的電荷轉(zhuǎn)移。這個特殊的屬性使CDM成為CMOS技術(shù)中ESD保護(hù)的設(shè)計考慮因素。這就是為什么在CDM放電期間，上升時間非常短（通常為0.25-0.75ns）的原因，這需要較短的CDM ESD保護(hù)設(shè)計觸發(fā)時間。
另外，隨著芯片集成技術(shù)的改進(jìn)和新封裝技術(shù)的發(fā)展，芯片的等效寄生電容增加。因此，導(dǎo)致芯片所攜帶的電荷量增加，并且這需要CDM ESD保護(hù)設(shè)計的保護(hù)能力得到提高。
總之，不能夸大CMOS技術(shù)中IC的ESD保護(hù)設(shè)計的重要性。隨著IC在應(yīng)用和功能方面的不斷發(fā)展和功能的不斷發(fā)展，很明顯，ESD保護(hù)設(shè)計也必須發(fā)展。