MOS常用，静电难防——ESD干货，为您的产品涨姿势

静电放电(ESD: Electrostatic Discharge)，应该是造成所有电子元器件或集成电路系统造成过度电应力(EOS: Electrical Over Stress)破坏的主要元凶。因为静电通常瞬间电压非常高(>几千伏)，所以这种损伤是毁灭性和永久性的，会造成电路直接烧毁或寿命受损。所以预防静电损伤是绝大多数器件、IC设计和制造的头号难题。

静电，通常都是人为产生的，如生产、组装、测试、存放、搬运等过程中都有可能使得静电累积在人体、仪器或设备中，甚至元器件本身也会累积静电，当人们在不知情的情况下使这些带电的物体接触就会形成放电路径，瞬间使得电子元件或系统遭到静电放电的损坏(这就是为什么以前修电脑都必须要配戴静电环托在工作桌上，防止人体的静电损伤芯片)，如同云层中储存的电荷瞬间击穿云层产生剧烈的闪电，会把大地劈开一样，而且通常都是在雨天来临之际，因为空气湿度大易形成导电通道。

根据静电的产生方式以及对电路的损伤模式不同通常分为四种测试方式：人体放电模式(HBM: Human-Body Model)、机器放电模式(Machine Model)、元件充电模式(CDM: Charge-Device Model)、电场感应模式(FIM: Field-Induced Model)，但是业界通常使用前两种模式来测试(HBM, MM)。

人体放电模式(HBM)：当然就是人体摩擦产生了电荷突然碰到芯片释放的电荷导致芯片烧毁击穿，秋天和别人触碰经常触电就是这个原因。业界对HBM的ESD标准也有迹可循(MIL- STD-883C method 3015.7，等效人体电容为100pF，等效人体电阻为1.5Kohm)，或者国际电子工业标准(EIA/JESD22-A114-A)也有规定，看你要follow哪一份了。如果是MIL-STD-883C method 3015.7，它规定小于<2kV的则为Class-1，在2kV~4kV的为class-2，4kV~16kV的为class-3。

机器放电模式(MM)：当然就是机器(如robot)移动产生的静电触碰芯片时由pin脚释放，次标准为EIAJ-IC-121 method 20(或者标准EIA/JESD22-A115-A)，等效机器电阻为0 (因为金属)，电容依旧为100pF。由于机器是金属且电阻为0，所以放电时间很短，几乎是ms或者us之间。但是更重要的问题是，由于等效电阻为0，所以电流很大，所以即使是200V的MM放电也比2kV的HBM放电的危害大。而且机器本身由于有很多导线互相会产生耦合作用，所以电流会随时间变化而干扰 变化。

带电器件模型(CDM)描述器件带静电后接触一个接地的导体发生放电的情况；器件带电可能因摩擦或传导直接带电，也可能因感应而带电。如是后者，其放电过程可能分两次进行。感应带电情况下的CDM防范主要从以下几方面入手：
       1、避免器件因包装和周转容器材料的原因摩擦产生静电；

2、避免器件周围有静电源而产生感应带电；

       3、与器件接触的材料使用耗散型材料。

建立合理有效的静电测试模型，对于有效控制产品防ESD的能力，非常重要。同样静电电压等级下，对器件的损伤MM＞CDM＞HBM，产品规格书常见的是HBM、MM模型，电子器件的标准一般是HBM接触2KV。

下图显示了HBM、MM 和 CDM ESD 测试的电流 （IESD ） 波形特性。通常，HBM ESD测试的应力水平大约是 MM  ESD 测试条件的 10 倍。此外，HBM 测试的保护电压电平通常为 2 kV，而 MM 测试为 200 V，CDM 测试为 500 V。CDM、HBM 或 MM 之间没有相关性

HBM、MM、CDM波形比较如下：

HBM的ESD抗扰度分类

MM 的 ESD 抗扰度分类

具体的静电测试标准大多是按HBM制定的，细分为空气放电和接触放电，参考GB/T17626.2和IEC61000-4-2，湿度要求35%-60%（建议取40%），温度要求在15-30℃（建议25℃），大气压力要求在86Kpa-106Kpa，特别是湿度一定要在测试报告中记录，和静电关系最大。

一是电压型，即栅极的薄氧化层发生击穿，形成针孔，使栅极和源极间短路，或者使栅极和漏极间短路；

二是功率型，即金属化薄膜铝条被熔断，造成栅极开路或者是源极开路。

静电放电形成的是短时大电流，放电脉冲的时间常数远小于器件散热的时间常数。因此，当静电放电电流通过面积很小的pn结或肖特基结时，将产生很大的瞬间功率密度，形成局部过热，有可能使局部结温达到甚至超过材料的本征温度(如硅的熔点1410℃)，使结区局部或多处熔化导致pn结短路，器件彻底失效。这种失效的发生与否，主要取决于器件内部区域的功率密度，功率密度越小，说明器件越不易受到损伤。

所有的东西是相对的，不是绝对的，MOS管只是相对其它的分立器件要敏感些，ESD有一个很大的特点就是随机性，并不是没有碰到MOS管都能够把它击穿。另外，就算是产生ESD，也不一定会把管子击穿。

第一  MOS管本身的输入电阻很高，而栅源极间电容又非常小，所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电，而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压 (U=Q/C)，将管子损坏。虽然MOS输入端有抗静电的保护措施，但仍需小心对待，在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装，不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。

组装、调试时，工具、仪表、工作台等均应良好接地。要防止操作人员的静电干扰造成的损坏，如不宜穿尼龙、化纤衣服，手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时，使用的设备必须良好接地。

第二  MOS是电压驱动元件，对电压很敏感，悬空的G很容易接受外部干扰使MOS导通，外部干扰信号对G-S结电容充电，这个微小的电荷可以储存很长时间。在试验中G悬空很危险，很多就因为这样爆管，G接个下拉电阻对地，旁路干扰信号就不会直通了，一般可以10~20K。这个电阻称为栅极电阻。

作用1：为场效应管提供偏置电压

作用2：起到泻放电阻的作用(保护栅极G~源极S)

第一个作用好理解，这里解释一下第二个作用的原理。保护栅极G~源极S，场效应管的G-S极间的电阻值是很大的，这样只要有少量的静电就能使他的G-S极间的等效电容两端产生很高的电压，如果不及时把这些少量的静电泻放掉，他两端的高压就有可能使场效应管产生误动作，甚至有可能击穿其G-S极。这时栅极与源极之间加的电阻就能把上述的静电泻放掉，从而起到了保护场效应管的作用。