静电防护ESD的标准以及测试方法_苏州通格防静电设备有限公司

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静电防护ESD的标准以及测试方法

时间:2017-07-21  编辑:通格电子字体:
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    根据静电的产生方式以及对电路的损伤模式不同通常分为四种测试方式:人体放电模式(HBM: Human-Body Model)、机器放电模式(Machine Model)、元件充电模式(CDM: Charge-Device Model)、电场感应模式(FIM: Field-Induced Model),但是业界通常使用前两种模式来测试(HBM, MM)。下文着重讲解以下前两种,尤其是第二种机器放电模式的测试方法:
一、人体放电模式(HBM)
      就是人体摩擦产生的电荷突然碰到芯片释放的电荷导致芯片烧毁击穿,秋天和别人触碰经常触电就是这个原因。
     业界对HBM的ESD标准为:(MIL-STD-883C method 3015.7,等效人体电容为100pF,等效人体电阻为1.5Kohm),它规定小于<2kV的则为Class-1,在2kV~4kV的为class-2,4kV~16kV的为class-3。国际电子工业标准(EIA/JESD22-A114-A)也有相关规定。

二、机器放电模式(MM):

     是机器(如robot)移动产生的静电触碰芯片时由pin脚释放,其标准为EIAJ-IC-121 method 20(或者标准EIA/JESD22-A115-A),等效机器电阻为0 (金属),电容依旧为100pF。由于机器是金属且电阻为0,所以放电时间很短,几乎是ms或者us之间。但是更重要的问题是,由于等效电阻为0,所以电流很大,所以即使是200V的MM放电也比2kV的HBM放电的危害大。而且机器本身由于有很多导线互相会产生耦合作用,所以电流会随时间变化而干扰变化。
ESD的测试方法类似FAB里面的GOI测试,指定pin之后先给他一个ESD电压,持续一段时间后,然后再回来测试电性看看是否损坏,没问题再去加一个step的ESD电压再持续一段时间,再测电性,如此反复直至击穿,此时的击穿电压为ESD击穿的临界电压(ESD failure threshold Voltage)。通常我们都是给电路打三次电压(3 zaps),为了降低测试周期,通常起始电压用标准电压的70% ESD threshold,每个step可以根据需要自己调整50V或者100V。
(1). Stress number = 3 Zaps. (5 Zaps, the worst case)
(2). Stress step ΔVESD = 50V(100V) for VZAP <=1000VΔVESD = 100V(250V, 500V) for VZAP > 1000V
(3). Starting VZAP = 70% of averaged ESD failure threshold (VESD)
 
另外,因为每个chip的pin脚很多,你是一个个pin测试还是组合pin测试,所以会分为以下四种组合:I/O-pin测试(Input and Output pins)、pin-to-pin测试、Vdd-Vss测试(输入端到输出端)、Analog-pin。
1. I/O pins:就是分别对input-pin和output-pin做ESD测试,而且电荷有正负之分,所以有四种组合:input+正电荷、input+负电荷、output+正电荷、output+负电荷。测试input时候,则output和其他pin全部浮接(floating),反之亦然。
2. pin-to-pin测试: 静电放电发生在pin-to-pin之间形成回路,但是如果要每每两个脚测试组合太多,因为任何的I/O给电压之后如果要对整个电路产生影响一定是先经过VDD/Vss才能对整个电路供电,所以改良版则用某一I/O-pin加正或负的ESD电压,其他所有I/O一起接地,但是输入和输出同时浮接(Floating)。
3.Vdd-Vss之间静电放电:只需要把Vdd和Vss接起来,所有的I/O全部浮接(floating),这样给静电让他穿过Vdd与Vss之间。
4.Analog-pin放电测试:因为模拟电路很多差分比对(Differential Pair)或者运算放大器(OP AMP)都是有两个输入端的,防止一个损坏导致差分比对或运算失效,所以需要单独做ESD测试,当然就是只针对这两个pin,其他pin全部浮接(floating)。
 

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