ESD原理詳解（二）

上期講了HBM，MM，CDM三種芯片級ESD事件，這期講一下系統級ESD事件：空氣放電，接觸放電，浪涌，熱插拔這幾種ESD事件，其中氣放電，接觸放電是由IEC61000-4-2進行解釋，而浪涌是由IEC61000-4-5進行解釋。

一.系統級ESD事件類別：

1.接觸放電：

      實驗設備的電極與被測設備直接接觸。

2.空氣放電：

      實驗設備的電極靠近被測設備，由火花對被測設備進行放電。

接觸放電和空氣放電測試的是儀器設備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：

      在上電情況下，端口或者模塊直接斷開或連接，保護設備不被過大電流或電壓損毀。

4.浪涌：

      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)。浪涌測試是驗證儀器能否承受雷擊或開關通斷時產生的短時間的強脈沖。

二.系統級ESD事件規范：

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接觸放電和空氣放電測試等級。

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接觸放電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標準封面。

圖7.IEC61000-4-5浪涌測試等級。

圖8.IEC61000-4-5浪涌生成電路。

IEC標準中提到了兩種浪涌模式：一種是1.2/50μs的開路電壓條件和8/20μs的短路電流條件。

圖9.IEC61000-4-5浪涌測試波形參數。

圖10.IEC61000-4-5開路電壓浪涌波形。

圖11.IEC61000-4-5短路電流浪涌波形。

三.系統級與芯片級異同

1.系統級ESD事件與芯片級ESD事件的異同：

A.芯片級ESD事件主要針對的是發生在芯片上PCB板前的過程中（生產 、封裝、運輸、銷售、上板）這類ESD事件完（）全需要由芯片自己承受。系統級ESD事件是針對整個系統而言（PCB級），這類ESD事件需要整個系統協同完成。

B.系統級ESD事件的電壓電流強度都遠強于芯片級。

系統級ESD防護設計與芯片級ESD防護設計的異同：

A.芯片級ESD防護與核心電路都是在同一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，且受foundry工藝影響很大，不同foundry的工藝流程不同，造成ESD設計的互通性很差。芯片級ESD設計更多考驗的是工程師對于器件結構與版圖的理解，在有限的面積與其它約束下盡可能保證核心電路不在ESD事件中損壞。

B.系統級ESD防護雖然要求更高，但是核心元器件和ESD防護元器件是分立的，可以針對要求采用不同的ESD防護器件。常見的有TVS和ESD陣列防護芯片，工程師在設計過程中可以忽略ESD元器件的工作原理，直接進行黑盒設計而且可替換性強，芯片級ESD防護器件與芯片本身是共生關系，一榮俱榮，一損俱損。而系統級ESD防護元器件與被保護元器件相對獨立，相互影響較小。