ESD协同设计的必要性

芯片的每一次ESD失效，都是协同设计缺失的代价。当传统的“后期修补式”ESD设计已无法满足先进工艺、高速接口和复杂系统的需求，而ESD与内部电路的协同设计可确保性能和成本的最优平衡。

在现代集成电路（IC）设计中，ESD（静电放电）与内部电路的协同设计已成为不可或缺的一环。ESD事件（如人体放电HBM、机器放电MM、充电器件放电CDM）可在极短时间内（纳秒级）产生数千伏高压和数安培大电流，若不加以控制，将导致芯片永久性损坏。

ESD的协同设计

协同设计的核心在于建立高效安全的ESD电流泄放路径，同时确保防护结构不影响内部电路的性能、功耗及功能完整性。它要求工程师在电路架构、器件选型、版图布局等环节同步考虑ESD防护需求，而非后期简单添加保护结构。

传统的“后期修补式”ESD设计虽在传统工艺中发展较为完善，但在先进工艺尤其3nm以下工艺却存在“致命缺陷”：

1、防护失效：ESD电流流经敏感电路（如栅氧薄层），导致击穿损坏；

2、性能劣化：I/O接口的ESD寄生电容（>1pF）造成高速信号衰减（如112Gbps SerDes眼图闭合）；

3、面积浪费：后期修补式ESD设计占用30%以上I/O面积，挤压布线资源；

4、动态干扰：CDM（充电模型）ESD事件中，ns级电压尖峰干扰ADC/RF电路工作。

5、闩锁效应：ESD触发寄生PNP-NPN结构，引发大电流锁存（Latch-up），烧毁芯片；

1、可靠性跃升：芯片HBM防护等级从2kV提升至8kV，失效率降低10倍；

2、性能稳定：112Gbps SerDes接口插损<0.5dB，ESD电容控制在0.2pF；

3、面积高效：I/O区域利用率提升40%，7nm芯片节省约0.02mm²/core；

4、系统级防护：解决Chiplet系统中跨die ESD冲击，封装寄生电感影响降低60%。