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摘要：随着科技的发展，人们对电子产品需求日渐增加，对集成电路的要求也随之增加，静电防护是集成电路设计、封装、运输和组装中十分重要的一部分工作。本文从静电产生的原因、静电的危害以及静电放电模型出发进行分析，最后给出了在生产中静电防护的一些建议，供相关人员进行参考使用。
关键词：集成电路；静电保护；措施
1静电放电的概念分析
（1）装置的抗静电放电能力。所谓器件抗静电放电能力，从根本上讲，是指器件在选定型号后，经受3次规定的正负极性电压冲击后，由器件任意端口组合而成的抗静电能力的最小值。（2）防静电放电试验模型。目前主要有人体模型、机械模型、插座放电模型、充电装置模型等。（3）设备的静态电阻水平。根据HBM型号的抗静电能力，可分为0-1999v、2000-3999v、4000-8000v和>8000v四个级别，0-1999实际上是一个静电敏感器件，而对于>8000v的器件，则多为静电敏感器件。
2选择保护方案的基本原则
静电保护器件连接于电路端口上，会使输入端漏电增大，而且还会使负载电容增大。若增加保护电阻，那么会带来其它方面的影响。因此，在对保护电路进行设计时，需秉持如下原则：其一，设定合理且实用的静电保护方案，可呈现出比较好的保护效果，而且在整个芯片中所占面积要小。其二，不能将原先设计架构当中电路的整体性能降低；其三，将原先的工艺流程及相关步骤予以保留。
对于电力电子集成电路来考量，其在具体的工艺上，较为负载，且电路类型也比较多样；另外，各种差异性的电路间，无论在信号类别上，还是在工作电压上，再或者是端口性质上，均会有比较大的差别。所以，采用的保护方法也不同，需要进行详细区分，酌情对待。
3静电的产生原因
自然界的物质是由分子和原子组成的。原子由带正电的原子核和带负电的电子组成。原子核由带正电的质子和不带电荷的中子组成。在正常情况下，正电荷的数目等于负电荷的数目，因此原子不具有带电性质。产生静电最常见的方式有三种：一是摩擦带电：物体在快速摩擦或碰撞时，不仅表面会产生一定的热能，而且两接触面之间的距离也会迅速缩短；如果两者之间的距离小于物体分子力作用的距离，摩擦或碰撞产生的能量大于某一阈值，则电子结合能力相对较弱的物体将失去电子，而电子结合能力较强的电子将获得电子。二是感应带电：当物体处于强电场空间时，物体表面两端的正负电荷由于分布不均而带电。第三，接触带电：当两个物体相互接触并存在电位差时，在接触面上会发生电荷转移并带电。
4常见静电放电模型分析
为了深入理解静电放电过程，探究静电放电的原理，更好地对静电放电这一过程进行防护，对静电放电的放电源和放电形式进行归纳建模总结，常采用的有三种模型：（1）人体模型（HumanBodyModel，HBM）；（2）机器模型（MachineModel，MM）；（3）带电器件模型（ChargedDeviceModel，CDM）。
4.1人体模型HBM
人体模型是半导体行业中最常用的放电模型，在各种复杂条件下人体均可以携带静电，然后通过在正常的处理或组装操作时将电荷转移到半导体器件，该模型旨在模拟当人体被充电（通过运动、步行等），然后通过触摸集成电路的引脚放电时所发生的情况。
假设该设备在放电时处于较低电势，其中最坏的情况是器件设备接地。等效的HBM电路包括HBM电阻R=1.5kQ，HBM电容器C=100pF，串联电感LS=8H和HBM电阻的可选杂散电容CS=1.5pF。
由于HBM中存在较大的电阻，因此可以将放电模型等效为电流源；对于2kV的HBM静电放电模型，电流峰值通常为1.20A-1.48A，上升时间为2ns-10ns，衰减时间为130ns–170ns。
在现实世界中，人的电阻和电容可能与此模型不同。一方面是由于环境温度和相对湿度也会影响电流波形，空气中的水分含量控制着空气阻力，在较高的湿度下，更难产生和维持电荷。例如：走过地毯可以在低湿度下产生35kV，而在高湿度下产生1.5kV。另一方面，静电放电电流随着环境温度的升高而增加。在恒定湿度下温度的升高导致空气中离子动能的增加，从而导致更高速度的流动。
4.2机器模型MM
该模型主要是模拟带电物体与元器件之间发生静电放电的情况，类似于人体模型，用750nH电感代替1.5KΩ电阻，并将电容增加到200pF。从模型可以明显看出，较高的电容和较低的路径总阻抗将导致机器模型MM在放电期间产生较高的电流。MM模型上的典型电压值范围为100V至500V，模型中的电感值是该模型中最关键的参数，可以控制放电期间电流波形的上升时间。由于MM中的串联电阻非常小，因此可以将该静电放电模型建模为理想的电压源。
4.3带电器件模型CDM
带电器件模型CDM是一种比较新的模型，该模型用于模拟封装集成电路发生的静电放电到低阻抗接地过程，这种接地可以是硬接地表面，也可以是像金属工作台。该过程可能在测试过程中、元器件装配过程中或者运输管上充电，当器件接触到测试仪的引脚时，它会放电。实际中的放电阻抗几乎为零，但在静电放电测试仪中，它是有限小的。CCDM是装置和封装中对地电容的总和，RCDM是放电路径的总电阻。对于1000V的CDM，典型模型参数为CCDM=15pF，RCDM=15Ω，RL=15Ω，LS=15nH；1000V静电放电电流波形上升时间约为0.3ns，峰值约为20.7A。
5静电防护措施
为了保证电子产品的质量，有必要采取防静电措施
（1）在集成电路的设计中，应考虑保护电路，或优先考虑对静电不敏感的元件，保护电路应尽量靠近I/O口。
（2）或者，在电路的设计中，提供了抗静电放电的能力。
（3）严格按照gjb3007a-2009《防静电工作区技术要求》改善工作环境，建立静电放电防护区（EPA）。使用静电放电敏感标志；防静电工作台（台）的表面应采用导电和防静电材料，并采用软着陆；地面应铺设导电地板垫（地毯）或电路板，以抑制移动产生的静电，以及温度、湿度和同时控制环境的清洁度，或采用离子棒、离子发生器（离子风机）对风叶通电。
（4）为提高运输包装质量，集成电路产品的内包装应尽量使用防静电材料，放入防静电袋抽真空，再放入专用防静电包装箱。尽可能定制专用包装管或铝箔等防静电包装，形成静电屏蔽，保护产品，减少运输过程中包装与产品之间的相对运动。
（5）培训人员掌握各种防静电设备的使用及注意事项及防静电操作工艺知识。为保护作业人员，为作业人员配备静电工作服、工作帽、手套、指套、手镯、脚套等防护用品，并严格按照有关规定操作。
结论
综上所述，为了使电力电子电路的实用性和可靠性最大化，抗静电放电保护设计的选择显得尤为关键和必要。需要指出的是，由于电路类型的复杂性和多样性，以及具体工艺技术的明显差异，所采用的保护方法也不尽相同。然而，无论存在多少差异，设计原则不变。因此，一些常用的设计技术仍然是有效的。
参考文献：
[1]鞠家欣，姜岩峰，鲍嘉明.基于CMOS工艺的射频集成电路ESD保护研究[J].电子世界，2019（6）：20-21.
[2]吴鹏，何乐年，陈曦.高速CMOS模拟集成电路中的静电保护电路设计[J].江南大学学报：自然科学版，2019（01）：22-25.