静电测试模型与标准

导语：

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。

正文：

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 Body Model, HBM)、机器模型(Machine Model, MM)、元件充电模型(Charged Device 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HBM、MM、CDM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=100pF，RESD=1.5kΩ。

图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CESD≈200pF，RESD≈0 Ω。

图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CESD≈6.8pF，RESD≈1Ω。

图3 元件充电模型放电等效电路和放电波形图

(4)IEC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=150pF，RESD=330Ω，ESD脉冲上升时间极短(0.7~1ns)，峰值电流远高于HBM ESD事件。

图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 Pulse，TLP)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。

图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。

表1 测试模型与标准

模型标准

HBM美国军标833：MIL-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