利用HFTA-16.0建立双极型集成电路的ESD保护

ESD传递模式

静电放电强度以电压形式表示，该电压由电容的储能电荷产生，最终传递到IC。作用到IC的电压和电流强度与IC和ESD源之间的阻抗有关。对电荷来源进行评估后建立了ESD测试模型。

ESD测试中一般使用两种充电模式(图1)，人体模式(HBM)下将电荷储存在人体内(100pF等效电容)，通过人体皮肤放电(1.5kΩ等效电阻)。机器模式(MM)下将电荷储存在金属物体，机器模式中的放电只受内部连接电感的限制。

图1. ESD测试模型

IC内部保护电路

标准保护方案是限制到达IC核心电路的电压和电流。图1所示保护器件包括：

ESD二极管—在信号引脚与电源或地之间提供一个低阻通道，与极性有关。

电源箝位—连接在电源之间，正常供电条件下不汲取电流，出现ESD冲击时呈低阻。

ESD二极管

如果对IC引脚进行HBM测试，测试电路的初始电压是2kV，通过ESD二极管的电流约为1.33A ：

图2. ESD二极管的电流和电压(测量数据)

理论上，进行HBM测试时引脚电压受限于二极管压降。大电流会在ESD二极管和引线上产生I-R压降，在信号引脚产生额外的电压，如图2所示。为了确定IC是否能够承受2kV的ESD冲击，需要参考厂商提供的资料。IC的额定电压由最大电压决定，图1中的VESD，这是IC能够承受的一种特定的ESD源。Maxim IC所能承受的ESD指标在可靠性报告中可以查找到。

电源箝位

双极型IC的箝位电路类似于在受保护核电路中提供一个受冲击时击穿的部件，图3给出了图1中箝位功能的详细电路。箝位晶体管的过压导致集电极-基极之间的雪崩电流，发射结的正向偏置会进一步提高集电极电流，导致一个“突变”过程。箝位时的V-I特性曲线如图4所示。