HBM、MM和CDM测试基础

主要的ESD测试是人体模型（HBM），机器模型（MM）和充电设备模型（CDM）。

有许多成熟的模型可以针对ESD事件测试半导体器件的可靠性，以确保有效性和可靠性。主要的ESD测试是人体模型（HBM），机器模型（MM）和充电设备模型（CDM）（图1）。

图1.用于 HBM、MM 和 CDM 测试的 ESD 模型。

JEDEC 标准确保 ESD 测试的有效性和可靠性。这三个测试的测试配置（图 1）有五个要素：V静电放电、C、SW、R 和 L。输入V静电放电在开关闭合 （SW） 之前对电容器 C 进行电压充电。随着SW的闭合，ESD灯具的输出阻抗（R和L）发送V静电放电信号，转换为电流（I静电放电） 到被测设备 （DUT） 中。现在的ESD电流流过DUT的ESD二极管;D静电放电+和 D静电放电-。如果其中一个或两个ESD二极管发生故障或缺失，则电流（I静电放电），从这个ESD事件中将找到另一条路径，该路径多次灾难性地进一步进入DUT电路。

公式1表示图1测试电路的数学传递函数。

公式 1

此配置会导致信号引脚接合处发生瞬时ESD事件，以模拟三个ESD测试信号事件之一。DUT 信号引脚是输入或输出器件引脚。对于这三个ESD测试，V的值静电放电、C、R 和 L 组件变化以实现实际的 ESD 事件（表 1）。

表 1.HBM、MM、CDM 的可持续发展教育活动

在表1中，这三种型号归结为串联RLC电路和脉冲发生器，但型号之间的电路值和脉冲特性不同。然而，所有三项测试都会产生一个短而明确的ESD脉冲，从而产生电流（I静电放电）的水平与实际可持续发展教育事件期间的水平相当。

人体模型 （HBM） 表征了电子设备对静电放电 （ESD） 损坏的敏感性。人体模型是一种模拟人类从手指到被测设备 （DUT） 再到地面的 ESD 路径的模型。静电放电电源电压（V静电放电） 为测试电路中的电容器充电。标准 HBM 测试包括 ±2 kV 的电源电压、1 至 10 M？的高值电阻和 100 pF 的电容。

机器模型 （MM） 的目的是创建一个更严格的 HBM 测试。电荷电容（C）故意变大（200 pF），电荷源电阻值非常低;0 至 10Ω。这种低阻值电阻允许ESD源提供比HBM型号更高的电流。尽管该模型的目的是表征与最终用户电子组件相关的机器ESD事件，但它并不打算体现半导体最终测试和处理中使用的处理程序。

充电设备模型 （CDM） 可以作为一次性普遍应用的 MM 的替代测试。该CDM测试模拟IC封装或制造设备在最终生产操作中处理设备时累积的电荷。在制造过程中，设备处理设备中存在产生静电的机会。这是IC器件从防静电管或测试处理器上滑下来的地方，这些防静电管或测试处理器会积聚电荷。

当前（I静电放电） 注入 DUT 会产生热量。产生的热量大小取决于峰值ESD脉冲电压、电容和DUT电阻。在 HBM 测试中，IC 故障模式通常表现为栅极氧化物、触点尖峰和结损坏。

静电放电测试比较

这三个测试的类似上升时间约为 10 ns，但 HBM 和 MM 测试的总持续时间比 CDM 模型高出约 200 ns（图 2）。

图2.CDM、MM 和 HBM ESD 电流与时间的关系测试。

图2显示了电流（I静电放电） HBM、MM 和 CDM ESD 测试的波形特性。通常，HBM ESD 测试的应力水平大约是 MM ESD 测试条件的 10 倍。此外，HBM 测试的保护电压水平通常为 2 kV，而 MM 测试的保护电压水平为 200 V，CDM 测试的保护电压水平为 500 V。CDM、HBM 或 MM 之间没有相关性。因此，HBM 和 CDM 测试通常用于 ESD 保护电路测试。I 的持续时间越长静电放电导致片上ESD结构过热增加。HBM 和 MM 测试失败通常表现在栅极氧化物或结部损坏中。

表 2、3 和 4 显示了 HBM、CDM 和 MM ESD 抗扰度分类。

 

审核编辑：郭婷