在现今这个高度数码化的时代，芯片已经是电子产品的中心。不管是在智能手机，汽车电子，或者是工控系统中，它的可靠度都决定着一个产品的工作稳定度和工作时间。以汽车行业为例，自动驾驶芯片若因可靠性问题失效，可能导致严重的安全事故。这样，芯片就需要符合工业规范，如AEC-Q100（汽车电子）或JEDEC（消费电子）。

研究表明，近40%的芯片早期失效与静电放电（ESD）和电气过载（EOS）有关。这些瞬时高压事件可能在制造、封装、测试甚至终端使用阶段发生，最好的结果，就是出现故障，甚至是永久的损伤。

芯片可靠性大致受以下几种因素影响：1. 制造缺陷：工艺波动、金属层短路/开路、栅氧击穿等；2. 环境应力：温度循环（Thermal Cycling）、机械振动、湿度腐蚀；3. 电气应力：ESD、EOS、热载流子效应（HCI）、负偏置温度不稳定性（NBTI）；4. 设计缺陷：信号完整性不足、电源噪声、闩锁效应（Latch-up）。在集成电路的生产，封装，测试及使用过程中， ESD是最普遍的瞬间高电压。其脉冲电压可达数千伏（如人体放电模型HBM的2kV），远超芯片工作电压。因此ESD是芯片可靠性的主要威胁。 

业界一般将静电保护措施划分为三个层次：1. 系统级：PCB上添加TVS二极管、磁珠等外围保护元件。2. 封装级：采用ESD友好材料（如导电胶）、优化引脚布局。3. 芯片级（最关键）：在芯片内部集成ESD保护器件，分为被动防护（二极管、SCR、GGNMOS等泄放路径）和主动防护（动态触发电路，如RC检测+功率管）。大部分芯片设计公司，尤其初创企业和中小企业会选择代工厂提供的免费通用ESD器件来保护芯片。尽管代工厂（如TSMC、SMIC）提供标准化的ESD器件库，但是，这些常用的解决方法很难达到对高性能集成电路的要求。

图1 代工厂提供的ESD器件

代工厂（如TSMC、SMIC）通常提供标准化ESD器件库，其优缺点如下：

表1 代工厂（如TSMC、SMIC）通常提供标准化ESD器件库

更深层次的问题：1. 通用性与定制化的矛盾：代工厂方案为通用设计，难以适配高频、高压等特殊场景（如5G射频或SiC功率芯片）。2. 黑盒化风险：部分ESD器件的仿真模型不透明，造成设计确认和实测之间的巨大差异。3. 隐性成本高：标准ESD器件可能占用较大面积，增加芯片成本；若防护不足，还需重新流片，延误产品上市时间。

Foundry ESD方案作为通用技术方案，可能不一定适合具体芯片设计要求，但要彻底解决ESD问题，就需结合芯片应用场景定制防护方案：  

1. 协同设计：  

   - 与Foundry合作优化ESD器件的工艺参数（如Deep N-well隔离）。  

   - 在I/O、电源轨、敏感电路（如PLL）周围布局差异化保护结构。  

2. 动态防护技术：  

   - 采用瞬态检测电路（Transient Detector）快速触发泄放路径。  

   - 例如：某5G射频芯片通过"二极管+主动MOS"组合将ESD耐受能力提升至8kV。  

3. 先进工艺适配：  

   - 在FinFET工艺中设计低电容ESD器件以减少信号损耗。  

   - 针对SiC功率模块开发高压SCR结构（耐压＞1.2kV）。  

   代工厂的标准化ESD方案为芯片提供了基础保护，但在高性能、高可靠性应用中，定制化的设计是最基本的方法。通过协同设计，动态保护，以及高级的制程调整，可以极大地提高集成电路的抗静电性能，降低失效风险。未来，结合DTCO和AI技术，ESD防护将迈向更智能、更高效的新阶段。