静电测试模型与标准

2016-07-05

导读


电子产品的静电失效来源于生产、装配、封装、运输、组装和测试各个环节。为了模拟电子产品在不同环境中的不同放电方式,以期完整地评估电子产品对静电放电的敏感度,国内外各大组织机构已构建了相应的静电放电模式和测试标准。


因静电放电产生原因和对集成电路等电子产品破坏方式的不同,国内外已形成一套静电放电测试标准,其目的是建立可重复的测试方法来提供可靠且准确的结果,判别芯片对静电放电的敏感等级,并可用来重现静电放电造成的故障。静电测试可以分为产品通过型测试和样品研究型测试两类。


1、产品通过型测试

产品通过型测试包括人体模型(Human BodyModel, HBM)、机器模型(Machine Model, MM)、元件充电模型(ChargedDevice Model, CDM)等器件级测试,IEC国际电工委员会IEC 61000-4-2标准定义的接触放电和空气放电系统级测试。器件级HBMMMCDM测试的目的都是保证IC在制造过程中不受损坏,而IEC 61000-4-2规定的系统级测试则用于模拟现实世界中的终端用户ESD事件,衡量终端用户电子产品的ESD性能。

1)人体模型

HBM ESD事件描述的放电过程为:人体在地上走动摩擦积累静电,当人直接接触到接地的器件,人体静电传递到器件放电到地。该过程可以被仿真为从一个预充电的电容CESD通过RESD放电到测试器件DUT的过程,CESD=100pFRESD=1.5kΩ


1 人体模型放电等效电路和放电波形图


2)机器模型

MM ESD事件描述的放电过程为:积累静电的金属机器接触到接地的电子元器件,器件放电到地。该过程放电过程寄生电阻几乎为零,ESD峰值电流高于HBM ESD事件,等效电路中的CESD200pFRESD0 Ω


2 机器放电等效电路和放电波形图


3)元件充电模型

CDM ESD事件描述的放电过程为:IC元器件内部因摩擦等原因积累静电,此IC在各种操作过程中接触到地面时,静电荷泄放到地。CDM放电时间约几毫秒,放电电流高达几十安培。其等效电路中的CESD6.8pFRESD

3 元件充电模型放电等效电路和放电波形图


4IEC模型

系统级ESD测试的目的是模拟用户在使用产品过程中的ESD放电是否会影响产品的功能和性能。接触放电测试是IEC标准测试的首选方法,当ESD测试枪无法直接接触被测器件或被测系统时,可采用空气放电测试。IEC模式的放电等效电路与HBM类似,只是CESD=150pFRESD=330ΩESD脉冲上升时间极短(0.7~1ns),峰值电流远高于HBM ESD事件。


4 IEC模型放电等效电路和放电波形图


2、样品研究型测试

虽然产品通过型测试可以获得ESD防护器件的失效阈值,但是不能给出帮助分析ESD防护器件失效原理的详细数据。ESD防护器件设计的关键是对其失效原理的正确分析,传输线脉冲(Transmission Line PulseTLP)测试技术可以获得器件的关键性能参数,包括ESD器件的触发点、维持点和失效点的电流、电压,以便在生产制造过程中调整相关设计,从根本上提高产品的ESD防护能力,保证良率。同时,由于直流特性在大电流时有严重的自热效应,并不能表征ESD事情发生时的瞬态特性,所以TLP测试就变得十分必要了。TLP测试就是研究型测试,与直流IV测试相比它属于准静态测试,其测试原理如图5所示。


5 TLP测试系统生成的脉冲方波示意图和典型TLP测试曲线


3、测试标准

针对上述各类测试模型,各大组织机构都提出了各自的测试标准,标准列于表1供大家查阅参考。

1 测试模型与标准

 

模型

标准

HBM

美国军标883MIL-STD-883H  Method 3015.7

电子工业协会:JEDEC  EIA/JESD22-A114-F

MM

美国静电协会:ESDA  STM5.2-2012

电子工业协会:JEDEC  EIA/JESD22-A115C-2010

CDM

美国静电协会:ESD S5.3.1-2009

电子工业协会:JEDEC  EIA/JESD22-C101E -2009

TLP

美国国家标准学会:ANSI ESD  STM5.5.1-2008

System Level测试模型

国际电工委员会:IEC 61000-4-2


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