移動設(shè)備用戶之需求日益復(fù)雜，使得便攜式產(chǎn)品的設(shè)計集成了更多的輸入/輸出(I/O)互連。更高的電流密度和更小的晶體管尺寸，以及用于芯片保護的有限空間，均趨向于增加電子元器件對靜電放電(ESD)等瞬態(tài)電氣過應(yīng)力事件的敏感性。減少此類瞬態(tài)事件的影響，不單有助于防止設(shè)備相互“交談”時導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞，還可提升總體可靠性。
ESD 基礎(chǔ)
ESD事件是兩個具有不同靜電電位的物體經(jīng)由接觸或者電離空氣放電或火花放電而進行能量轉(zhuǎn)移而引起。材料類型、接觸面積、分離速度、相對濕度和其它因素均影響了摩擦充電生成的電荷量。一旦電荷在材料上生成，便成為“靜電”電荷，該電荷可從材料上轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致ESD事件。
靜電的主要來源大多是絕緣裝置，通常是合成材料(比如乙烯基或塑料工作表面、絕緣鞋、經(jīng)涂層整理的木椅子、膠帶、泡沫包裝和帶有未接地針腳的烙鐵)。
圖1所示為典型的ESD特性曲線，為了模擬接觸放電事件，ESD生成器施加一個ESD脈沖到測試設(shè)備上。這項測試的特性是短上升時間和低于100ns的短脈沖持續(xù)時間，表明這是低能量靜態(tài)脈沖。由于這些來源的靜電并非早已分布在其表面或者傳導(dǎo)到其它對象，因此有可能產(chǎn)生極高水平的電壓。
圖1. ESD生成器模擬的典型 8KV ESD脈沖
最常見的ESD來源包括：●帶電的人體 – 人體可能由于行走或其它動作而帶電，如果來自人體的放電是經(jīng)由一個金屬物件如工具，那么造成的ESD損壞便會特別嚴重。
●拖過地毯的電纜 – 如果一個帶電的電纜插入一個具有任何電荷來源的傳導(dǎo)觸點，便可能生成一個ESD瞬態(tài)。
●搬運聚乙烯袋 –當(dāng)一個電子設(shè)備滑動進入或離開包或管道，便可能生成靜電電荷，這是因為設(shè)備的外殼和/或金屬引線與容器的表面發(fā)生了多次接觸和分離。
ESD事件與電子設(shè)備運作的環(huán)境有關(guān)，瞬態(tài)環(huán)境變化很大，汽車系統(tǒng)、機載或艦載設(shè)備、太空系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備或消費產(chǎn)品之間的差異很大。頻繁地使用移動設(shè)備，使得用戶很可能在連接或斷開電纜期間接觸I/O連接器針腳。在正常運作條件下，觸摸暴露的端口或接口可能導(dǎo)致超過30 kV的放電電壓。
小尺寸半導(dǎo)體器件可能因過多的電壓、高電流水平或二者的結(jié)合而損壞，高電壓水平可能引起柵極氧化層擊穿，而過多的電流可能引起結(jié)點故障和金屬化跡線熔化。
用于高速I/O接口的ESD保護
隨著 IC制造商已經(jīng)實現(xiàn)更高頻率的 I/O互連，他們繼續(xù)減小晶體管、互連產(chǎn)品，以及器件中二氧化硅(SiO2)絕緣層的最小尺寸，這導(dǎo)致在較低能量水平上發(fā)生擊穿損壞的可能性越來越大，而且使得ESD保護成為一個主要的設(shè)計考慮事項。根據(jù)IEC61000-4-2國際標準，大多數(shù)電子設(shè)備必需滿足最小8 kV接觸放電電壓或15 kV空氣放電電壓要求，然而，許多半導(dǎo)體器件不可耐受這種電氣應(yīng)力水平，有可能永久損壞。為了提高它們的可靠性，必需在系統(tǒng)中設(shè)計采用附加的芯片外保護電路。
