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ESD及PAD设计简介

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ESD 及PAD 设计简介 SUN Tong, 2006-4-9 一、 静电放电效应的模型 1、 人体模型(Human-Body Model,HBM) 当带有静电的人体与集成电路管腿接触,储存于人体的电荷将转移到集成电路上,使其带电,或通过集成电路对地放电,这种 ESD 用人体放电模型(HBM)来描述。该放电过程会在几百 ns 时间内产生数安培的瞬间放电电流,将集成电路内的器件烧毁。对于一般集成电路,HBM 放电电流的尖峰值通常在 1.5 A 左右。 2、 机器模型(Machine Model,MM) 集成电路在制造和使用过程中,机器(例如机械手臂)本身累积了静电,当此机器去接触到集成电路时,静电便经由管脚放电,这种 ESD 用机器模型(MM)来描述。该放电过程会在几十 ns时间内产生数安培的瞬间放电电流。 3、 器件充电模型(Charged-Device Model,CDM) 器件因磨擦或其他因素而在器件内部累积了静电,但在静电累积的过程中器件并未被损伤,当带有静电的器件管脚接触到地面时,器件内部的静电通过管腿对地放电,这种 ESD用器件充电模型(CDM)来描述。该放电过程会在几 ns时间内产生数安培的瞬间放电电流。 4、 电场感应模型(Field-Induced Model,FIM) 当器件处于静电场中,其内部将感应出电势差,此时,当某一管脚与地相碰时,器件就会对地放电,这称为电场感应模型(FIM)。当将一个CMOS 器件置于静电场中,其栅介质两侧就会感应出电势差。如果电势差足够大,就可能使栅氧化层击穿。这种模型的放电类似于 CDM。差别仅仅在于 CDM 的电荷是摩擦而来,而 FIM 的电荷是电场感应而来。 二、 PAD 设计注意事项 一个好的片内保护电路应该能够抵抗多次ESD 应力 ; 还 应该具 有足够快 的开 启 速 度 以及低 的开 启 电阻 ,以 保证 在 ESD 事 件发 生时,能够快 速 将电压 钳 位 ,使相应被保护电路不受 损伤。此外 ,保护电路还 应该具 有独 立 性 ,在被保护电路工 作 时,保护电路应该是高 阻 状 1态,不影响内部被保护电路的正常工作。对于一般商用芯片,要求能够承受2kV HBM 模型。 下面以CSMC 0.6u m CMOS 工艺为例,简单说明PAD 的设计。 1、 PAD 电路图 一种常见的数字 PAD 如图 1 所示,它由两个连接成二极管形式的MOS 管 M0、M1 以及三个电阻组成。其中 M0 组成的二极管连接在 PADIN 和 VDD 之间,当 PADIN 出现较大正脉冲时,该二极管导通,将 PADIN 电压钳位;类...

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