靜電測(cè)試模型與標(biāo)準(zhǔn)

導(dǎo)語(yǔ)：

電子產(chǎn)品的靜電失效來(lái)源于生產(chǎn)、裝配、封裝、運(yùn)輸、組裝和測(cè)試各個(gè)環(huán)節(jié)。為了模擬電子產(chǎn)品在不同環(huán)境中的不同放電方式，以期完整地評(píng)估電子產(chǎn)品對(duì)靜電放電的敏感度，國(guó)內(nèi)外各大組織機(jī)構(gòu)已構(gòu)建了相應(yīng)的靜電放電模式和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

正文：

因靜電放電產(chǎn)生原因和對(duì)集成電路等電子產(chǎn)品破壞方式的不同，國(guó)內(nèi)外已形成一套靜電放電測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，其目的是建立可重復(fù)的測(cè)試方法來(lái)提供可靠且準(zhǔn)確的結(jié)果，判別芯片對(duì)靜電放電的敏感等級(jí)，并可用來(lái)重現(xiàn)靜電放電造成的故障。靜電測(cè)試可以分為產(chǎn)品通過(guò)型測(cè)試和樣品研究型測(cè)試兩類(lèi)。

1、產(chǎn)品通過(guò)型測(cè)試

產(chǎn)品通過(guò)型測(cè)試包括人體模型（Human Body Model, HBM）、機(jī)器模型（Machine Model, MM）、元件充電模型（Charged Device Model, CDM）等器件級(jí)測(cè)試，IEC國(guó)際電工委員會(huì)IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)定義的接觸放電和空氣放電系統(tǒng)級(jí)測(cè)試。器件級(jí)HBM、MM、CDM測(cè)試的目的都是保證IC在制造過(guò)程中不受損壞，而IEC 61000-4-2規(guī)定的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試則用于模擬現(xiàn)實(shí)世界中的終端用戶(hù)ESD事件，衡量終端用戶(hù)電子產(chǎn)品的ESD性能。

（1）人體模型

HBM ESD事件描述的放電過(guò)程為：人體在地上走動(dòng)摩擦積累靜電，當(dāng)人直接接觸到接地的器件，人體靜電傳遞到器件放電到地。該過(guò)程可以被仿真為從一個(gè)預(yù)充電的電容C_ESD通過(guò)R_ESD放電到測(cè)試器件DUT的過(guò)程，C_ESD=100pF，R_ESD=1.5kΩ。

圖1 人體模型放電等效電路和放電波形圖

（2）機(jī)器模型  

MM ESD事件描述的放電過(guò)程為：積累靜電的金屬機(jī)器接觸到接地的電子元器件，器件放電到地。該過(guò)程放電過(guò)程寄生電阻幾乎為零，ESD峰值電流高于HBM ESD事件，等效電路中的C_ESD≈200pF，R_ESD≈0 Ω。

圖2 機(jī)器放電等效電路和放電波形圖

（3）元件充電模型

CDM ESD事件描述的放電過(guò)程為：IC元器件內(nèi)部因摩擦等原因積累靜電，此IC在各種操作過(guò)程中接觸到地面時(shí)，靜電荷泄放到地。CDM放電時(shí)間約幾毫秒，放電電流高達(dá)幾十安培。其等效電路中的C_ESD≈6.8pF，R_ESD≈1Ω。

圖3 元件充電模型放電等效電路和放電波形圖

（4）IEC模型

系統(tǒng)級(jí)ESD測(cè)試的目的是模擬用戶(hù)在使用產(chǎn)品過(guò)程中的ESD放電是否會(huì)影響產(chǎn)品的功能和性能。接觸放電測(cè)試是IEC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的首選方法，當(dāng)ESD測(cè)試槍無(wú)法直接接觸被測(cè)器件或被測(cè)系統(tǒng)時(shí)，可采用空氣放電測(cè)試。IEC模式的放電等效電路與HBM類(lèi)似，只是C_ESD=150pF，R_ESD=330Ω，ESD脈沖上升時(shí)間極短（0.7~1ns），峰值電流遠(yuǎn)高于HBM ESD事件。

圖4 IEC模型放電等效電路和放電波形圖

2、樣品研究型測(cè)試

雖然產(chǎn)品通過(guò)型測(cè)試可以獲得ESD防護(hù)器件的失效閾值，但是不能給出幫助分析ESD防護(hù)器件失效原理的詳細(xì)數(shù)據(jù)。ESD防護(hù)器件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)其失效原理的正確分析，傳輸線(xiàn)脈沖（Transmission Line Pulse，TLP）測(cè)試技術(shù)可以獲得器件的關(guān)鍵性能參數(shù)，包括ESD器件的觸發(fā)點(diǎn)、維持點(diǎn)和失效點(diǎn)的電流、電壓，以便在生產(chǎn)制造過(guò)程中調(diào)整相關(guān)設(shè)計(jì)，從根本上提高產(chǎn)品的ESD防護(hù)能力，保證良率。同時(shí)，由于直流特性在大電流時(shí)有嚴(yán)重的自熱效應(yīng)，并不能表征ESD事情發(fā)生時(shí)的瞬態(tài)特性，所以TLP測(cè)試就變得十分必要了。TLP測(cè)試就是研究型測(cè)試，與直流IV測(cè)試相比它屬于準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試，其測(cè)試原理如圖5所示。

圖5 TLP測(cè)試系統(tǒng)生成的脈沖方波示意圖和典型TLP測(cè)試曲線(xiàn)

3、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)上述各類(lèi)測(cè)試模型，各大組織機(jī)構(gòu)都提出了各自的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)列于表1供大家查閱參考。

表1 測(cè)試模型與標(biāo)準(zhǔn)