ESD设计的入门与提高

fei_SH

近期有些做模拟设计的朋友，想入手学习ESD，问我怎么入门和进阶，需要看什么书掌握什么技能。我给了一些建议，顺手分享出来给更多想学习ESD设计的朋友参考。本人做ESD器件设计15年+，帮客户review/debug过的产品上千个应该有的，开发过各种ESD器件，基本上能想到的结构多多少少都做过一些，工艺从28nm到1um，器件电压从1.2V到800V；也做过一些ESD设计的培训，工作中也带过几个徒弟。建议不能说非常全面，我想还是具有一定的参考意义。       行业里ESD design主要分两个方向，这也是ESD设计工程师的基本功。       一个是ESD 器件的开发，主要工作在fab，给配套工艺开发ESD 器件，工作主要是进行ESD器件的设计，版图，TLP测试，HBM测试，器件优化提升，最后给出ESD guideline，ESD design rule等。侧重点在器件，所以需要对工艺，device结构，器件工作原理，版图设计等深入研究。如果要帮助设计公司review和debug产品的ESD性能，还需要熟悉设计公司ESD工程师的工作。       另外一个是芯片的ESD设计，主要在设计公司，结合使用的工艺，给芯片设计ESD整体方案。主要工作有熟悉使用的工艺，熟悉fab提供的ESD文档，ESD单元库，ESD 器件TLP参数，ESD器件选型，再进行floorplan 设计，tapeout前整体layout check，流片后产品ESD测试，ESD失效分析等。侧重点在ESD电路和整体设计。所以除了前面提到的都需要了解之外，还要了解IO电路的架构，熟悉各种ESD结构的特性，不同种类芯片对ESD设计的要求等，需要的知识更全面。       这两个方向上的工程师的工作也经常互相渗透，比如fab的ESD需要支持客户产品的设计和debug，设计公司的ESD也需要修改fab提供的ESD结构或者版图，甚至需要自行开发满足需求的ESD器件。。       基础类推荐书：    l  集成电路制造工艺与工程应用_温德通_机械工业出版社      该书特点是彩色图片较多，图文并茂，容易入门，理解工艺和器件结构。    l  1.集成电路版图设计，2.集成电路版图设计项目教程。     特别是第二本，其中有关于ESD和IO部分，可以供参考学习。软件操作和器件的版图设计可以通过教材学习掌握，在看书的过程中要不断看别人的ESD版图和动手实际画layout。 不过，要想设计好的ESD器件，和电路上版图的优化，这就需要大量的项目经验了，不是简单通过看书能掌握的了。    l  ESD (Electrostatic Discharge) Protection in CMOS  Integrated Circuits  柯明道教授的经典ESD教材。仔仔细细反反复复多看几遍。主要是基础和经典的ESD知识。    l  集成电路ESD防护设计理论、方法与实践     浙大的韩雁教授和董树荣教授等编著，中文版教材中少有的精品了。比较全面的介绍了ESD，包括ESD的基础，高压的ESD，系统级的ESD，先进工艺的ESD等，比较全面，可作为进阶教材。    l  ESD揭秘--静电防护原理和典型应用  这本书也比较全面，不过是翻译过来的中文版，建议作为补充书籍看看。    l  ESD电路与器件(ESD CIRCUITS AND  DEVICES中文版）  可作为补充教材    l  ESD Design for Analog Circuits 这是进阶高阶的参考书，涉及很多电路的ESD方案。有一定基础在看比较好。这本也有对应的中文版：模拟电路的ESD设计 中文版翻译的差强人意，能看英文原版就看英文吧，我看中文版的时候看的头疼，没看完。       ESD设计工程师的第一次进阶就是需要学习latchup相关的知识了。  ESD和latchup通常是不分家的，一般都是ESD工程师负责。 Latchup的原理，layout rule的理解，版图的优化，latchup的测试，失效debug等都需要掌握。产品上特别要深入研究的是latchup和ESD失效的区分，有一些上电的ESD失效，其实是latchup失效，debug搞错方向就是浪费时间和金钱。    推荐书：    l  CMOS集成电路闩锁效应-温德通编著    这本书算是比较全面和专业的latchup的书籍了。书中有少部分图示和描述有误，学习的过程中要带上大脑理解，不要进了牛角尖出不来。       再进阶就是要涉及系统级的ESD，EOS和EMI。很多芯片的EOS，EMC，EMI失效，也会让ESD工程师来分析和debug。这一部分我接触的实际项目并不太多，看过的书也不多，希望这方面的大神多多交流和补充。    推荐书：    l   电磁兼容原理及防护器件应用    l   系统与芯片ESD防护的协同设计    l  Electrical Overstress(EOS) 英文版，有一定基础再看       再次进阶就是涉及到一些特殊需求的ESD设计了。比如 IO的设计，RF的ESD设计，SOI的ESD设计，超高速的ESD设计，车规产品的ESD设计等，每一个类型的ESD都有其特殊的需求和设计，需要在前面的ESD基础上进行细节的优化，这些就需要大量的实际的项目经验来提升和需要前辈们来传授经验，不是简单自学看看书就能达到的水平了。这方面的成书比较少，更多的是一些专题和paper，自己去找吧。    推荐书：    l   ESD射频技术与电路    l   芯片接口库I/OLibrary和ESD电路的研发设计应用       知识的积累和掌握，不是简单看几本书就可以的。而且没有任何一本书能涵盖所有的知识和经验。不同的书都有其特点，所以需要多本书一起看互相印证和查漏补缺。有一些书需要反反复复深入的学习。我多年断断续续收集的ESD领域相关书籍，纸质版加上电子书有二十多本，paper和文档没有统计过。有一些书看过一遍就没管了，有一些也是反反复复的看的，这个根据自己需要去分类了。还有就是各种相关的标准，也需要去学习和理解。更重要的是要结合实际的工作和项目经验总结和验证。鄙人才疏学浅，工作经验大多都在ESD器件开发上，对芯片电路，系统级问题等还是个小学生，也在学习阶段，给的建议仅供想学习ESD设计的朋友参考吧。也想多认识一些各个方向上的大佬互相学习和提高。       科学的终点是玄学，实在解决不了的问题就多烧香拜佛吧。       $ z; L2 q, e% D: v3 Q4 r/ w8  U2 F8 X' B7 U" I6 {7 q% V4 L, ~; ^% z

waley

thanks for your sharing~

mbgcs

支持ESD大佬

haozz

感谢分享

Fengxiy_UniIC

不错不错， 行业前辈总结。

PN_Allen

谢谢大佬的知识分享

591954064

学到了

txwd_0111

感谢分享~

不吃细糠的山猪

学习学习

IC_Spark

感谢分享，入门一年，希望自己在这条路上越来越好