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越爾興帶你初步了解關于ESD靜電防護
靜電放電（ESD：Electrostatic Discharge），應該是造成所有電子元器件或集成電路系統(tǒng)造成過度電應力（EOS：Electrical Over Stress）破壞的主要元兇。因為靜電通常瞬間電壓非常高（>幾KV），所以這種損傷是毀滅性和永久性的，會造成電路直接燒毀。所以預防靜電損傷是所有IC設計和制造的頭號難題。
靜電，通常都是人為產生的，如生產、組裝、測試、存放、搬運等過程中都有可能使得靜電累積在人體、儀器或設備中，甚至元器件本身也會累積靜電，當人們在不知情的情況下使這些帶電的物體接觸就會形成放點路徑，瞬間使得電子元件或系統(tǒng)遭到靜電放點的損壞，如同云層中儲存的電荷瞬間擊穿云層產生劇烈的閃電，會把大地劈開一樣，而且通常都是在雨天來臨之際，因為空氣濕度大易形成導電。
二極管有一個特性：正向導通反向截止，而且反偏電壓繼續(xù)增加會發(fā)生擊穿而導通，我們稱之為鉗位二極管。靜電保護就是利用反向截止的特性讓這個旁路在正常工作時處于斷開狀態(tài)，而外界有靜電的時候這個旁路二極管發(fā)生擊穿而形成旁路通路保護了內部電路或者柵極。PN結的擊穿分兩種，分別是電擊穿和熱擊穿，電擊穿指的是雪崩擊穿（低濃度）和齊納擊穿（高濃度），而這個電擊穿主要是載流子碰撞電離產生新的電子，所以它是可恢復的，但熱擊穿是不可恢復的，因為熱量聚集導致硅被燒毀了。所以我們需要控制在導通的瞬間控制電流，一般會在保護二極管再串聯(lián)一個高電阻。
根據靜電的產生方式以及對電路的損傷模式不同通常分為四種測試方式：人體放電模式（HBM）、機器放電模式（MM）、元件充電模式（CDM）、電場感應模式（FIM），但是業(yè)界通常使用前兩種模式來測試。
1.人體放電模式（HBM）
當人體摩擦產生了電荷突然碰到芯片釋放的電荷導致芯片燒毀擊穿，秋天和別人碰觸經常觸電就是這個原因。
2.機器放電模式（MM）
當機器移動產生的靜電觸碰芯片時由pin腳釋放，次標準為EIAJ-IC-121 method 20(或者標準EIA/JESD22-A115-A)，等效機器電阻為0 (因為金屬)，電容依舊為100pF。由于機器是金屬且電阻為0，所以放電時間很短，幾乎是ms或者us之間。但是更重要的問題是，由于等效電阻為0，所以電流很大，所以即使是200V的MM放電也比2kV的HBM放電的危害大。而且機器本身由于有很多導線互相會產生耦合作用，所以電流會隨時間變化而干擾變化。
ESD的測試方法類似FAB里面的GOI測試，指定pin之后先給他一個ESD電壓，持續(xù)一段時間后，然后再回來測試電性看看是否損壞，沒問題再去加一個step的ESD電壓再持續(xù)一段時間，再測電性，如此反復直至擊穿，此時的擊穿電壓為ESD擊穿的臨界電壓(ESD failure threshold Voltage)。通常我們都是給電路打三次電壓(3 zaps)，為了降低測試周期，通常起始電壓用標準電壓的70% ESD threshold，每個step可以根據需要自己調整50V或者100V。
另外，因為每個chip的pin腳很多，一個個pin測試還是組合pin測試，所以會分為幾種組合：I/O-pin測試(Input and Output pins)、pin-to-pin測試、Vdd-Vss測試(輸入端到輸出端)、Analog-pin。
1.I/O Pins
分別對input-pin和output-pin做ESD測試，而且電荷有正負之分，所以有四種組合：input+正電荷、input+負電荷、output+正電荷、output+負電荷。測試input時候，則output和其他pin全部浮接(floating)，反之亦然。
2.pin-to-pin
靜電放電發(fā)生在pin-to-pin之間形成回路，但是如果要每每兩個腳測試組合太多，因為任何的I/O給電壓之后如果要對整個電路產生影響一定是先經過VDD/Vss才能對整個電路供電，所以改良版則用某一I/O-pin加正或負的ESD電壓，其他所有I/O一起接地，但是輸入和輸出同時浮接(Floating)。
3.Vdd-Vss之間靜電放電
只需要把Vdd和Vss接起來，所有的I/O全部浮接(floating)，這樣給靜電讓他穿過Vdd與Vss之間。
4.Analog-pin放電測試
因為模擬電路很多差分比對(Differential Pair)或者運算放大器(OP AMP)都是有兩個輸入端的，防止一個損壞導致差分比對或運算失效，所以需要單獨做ESD測試，當然就是只針對這兩個pin，其他pin全部浮接(floating)。
靜電，通常都是人為產生的，如生產、組裝、測試、存放、搬運等過程中都有可能使得靜電累積在人體、儀器或設備中，甚至元器件本身也會累積靜電，當人們在不知情的情況下使這些帶電的物體接觸就會形成放點路徑，瞬間使得電子元件或系統(tǒng)遭到靜電放點的損壞，如同云層中儲存的電荷瞬間擊穿云層產生劇烈的閃電，會把大地劈開一樣，而且通常都是在雨天來臨之際，因為空氣濕度大易形成導電。
二極管有一個特性：正向導通反向截止，而且反偏電壓繼續(xù)增加會發(fā)生擊穿而導通，我們稱之為鉗位二極管。靜電保護就是利用反向截止的特性讓這個旁路在正常工作時處于斷開狀態(tài)，而外界有靜電的時候這個旁路二極管發(fā)生擊穿而形成旁路通路保護了內部電路或者柵極。PN結的擊穿分兩種，分別是電擊穿和熱擊穿，電擊穿指的是雪崩擊穿（低濃度）和齊納擊穿（高濃度），而這個電擊穿主要是載流子碰撞電離產生新的電子，所以它是可恢復的，但熱擊穿是不可恢復的，因為熱量聚集導致硅被燒毀了。所以我們需要控制在導通的瞬間控制電流，一般會在保護二極管再串聯(lián)一個高電阻。
根據靜電的產生方式以及對電路的損傷模式不同通常分為四種測試方式：人體放電模式（HBM）、機器放電模式（MM）、元件充電模式（CDM）、電場感應模式（FIM），但是業(yè)界通常使用前兩種模式來測試。
1.人體放電模式（HBM）
當人體摩擦產生了電荷突然碰到芯片釋放的電荷導致芯片燒毀擊穿，秋天和別人碰觸經常觸電就是這個原因。
2.機器放電模式（MM）
當機器移動產生的靜電觸碰芯片時由pin腳釋放，次標準為EIAJ-IC-121 method 20(或者標準EIA/JESD22-A115-A)，等效機器電阻為0 (因為金屬)，電容依舊為100pF。由于機器是金屬且電阻為0，所以放電時間很短，幾乎是ms或者us之間。但是更重要的問題是，由于等效電阻為0，所以電流很大，所以即使是200V的MM放電也比2kV的HBM放電的危害大。而且機器本身由于有很多導線互相會產生耦合作用，所以電流會隨時間變化而干擾變化。
ESD的測試方法類似FAB里面的GOI測試，指定pin之后先給他一個ESD電壓，持續(xù)一段時間后，然后再回來測試電性看看是否損壞，沒問題再去加一個step的ESD電壓再持續(xù)一段時間，再測電性，如此反復直至擊穿，此時的擊穿電壓為ESD擊穿的臨界電壓(ESD failure threshold Voltage)。通常我們都是給電路打三次電壓(3 zaps)，為了降低測試周期，通常起始電壓用標準電壓的70% ESD threshold，每個step可以根據需要自己調整50V或者100V。
另外，因為每個chip的pin腳很多，一個個pin測試還是組合pin測試，所以會分為幾種組合：I/O-pin測試(Input and Output pins)、pin-to-pin測試、Vdd-Vss測試(輸入端到輸出端)、Analog-pin。
1.I/O Pins
分別對input-pin和output-pin做ESD測試，而且電荷有正負之分，所以有四種組合：input+正電荷、input+負電荷、output+正電荷、output+負電荷。測試input時候，則output和其他pin全部浮接(floating)，反之亦然。
2.pin-to-pin
靜電放電發(fā)生在pin-to-pin之間形成回路，但是如果要每每兩個腳測試組合太多，因為任何的I/O給電壓之后如果要對整個電路產生影響一定是先經過VDD/Vss才能對整個電路供電，所以改良版則用某一I/O-pin加正或負的ESD電壓，其他所有I/O一起接地，但是輸入和輸出同時浮接(Floating)。
3.Vdd-Vss之間靜電放電
只需要把Vdd和Vss接起來，所有的I/O全部浮接(floating)，這樣給靜電讓他穿過Vdd與Vss之間。
4.Analog-pin放電測試
因為模擬電路很多差分比對(Differential Pair)或者運算放大器(OP AMP)都是有兩個輸入端的，防止一個損壞導致差分比對或運算失效，所以需要單獨做ESD測試，當然就是只針對這兩個pin，其他pin全部浮接(floating)。
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