概述
人體模型(HBM)模擬了人體因摩擦等原因帶電后,與集成電路引腳接觸并放電的情形。人體的等效電阻較大,放電時間長,峰值電流相對較小,但仍可能對集成電路造成損壞。標準MIL-STD-883C method 3015.7提供了等效電路圖,其中人體等效電容為100pF,放電電阻為1.5kΩ。為更真實模擬放電情況,還考慮了寄生電容和電感的影響,并提出了改進的等效電路圖。
1.I/O引腳到電源引腳的應力測試
對于每個IO引腳,其相對于正電源或負電源的引腳都可能存在正向和負向的靜電應力,因此有四種測試模式:PS、NS、PD和ND。進行某一IO引腳對電源引腳的應力測試時,其他引腳需懸浮。PS模式模擬帶正電的人體接觸IO引腳并通過VSS放電;NS模式模擬帶負電的人體接觸IO引腳并通過VSS放電;PD模式模擬帶正電的人體接觸IO引腳并通過VDD放電;ND模式模擬帶負電的人體接觸IO引腳并通過VDD放電。
2.I/O引腳到I/O引腳的應力測試
在實際靜電放電測試中,為全面模擬不同IO引腳間的正、負應力情形并提高效率,通常對某一IO引腳進行IO到IO應力測試時,將其他IO引腳接地。正向測試時,被測引腳受應力,ESD電流從該引腳流入并經其他引腳流出至地;負向測試時,電流流向相反。
3.VDD引腳到VSS引腳應力測試
電源引腳間也存在正負應力情況。在VDD到VSS的應力測試中,IO引腳需懸浮。正向測試模擬正電人體接觸VDD經VSS放電,ESD電流從VDD流入VSS;負向測試模擬負電人體接觸VDD放電,電流方向相反。
充電器件模型(CDM)與HBM和MM不同,它模擬集成電路在組裝或運輸中帶電,當接觸地或其他導體時,電荷從集成電路內部流出。其放電電流上升快,持續時間短,峰值電流約為HBM的15~20倍。CDM的等效電路考慮了IC內部靜電和等效電容的變化,這些變化受IC擺放角度、位置和封裝形式的影響。
上述三種放電模型的電流-時間波形差異顯著:HBM波形持續時間長且平緩;MM波形正負振蕩;CDM波形除了振蕩外,速度快、過沖大,對器件沖擊更大。
由于CDM放電機制獨特,其測試方法也與眾不同。測試分兩步:先給待測IC襯底充電并儲存,充電時串聯高阻值限流電阻以防損壞。P型襯底IC的VSS引腳與襯底相連,通過限流電阻對VSS充電。充電后,IC帶有正或負電壓,再由其他引腳連續放電,完成測試。CDM測試分插座和非插座放電,前者通過IC插座與繼電器開關,后者是帶電IC浮空狀態下直接放電。
國際電工委員會(IEC)制定了系統級ESD測試標準,模擬人體對IC系統的放電行為。該測試旨在確保產品在用戶使用時遭遇ESD仍能正常工作,性能不受影響。IEC 61000-4-2采用接觸和空氣放電兩種方法,定義了四種ESD等級。
接觸測試是首選的ESD測試方法,使用ESD測試槍直接接觸被測器件或系統放電。當無法直接接觸時,可采用空氣放電測試,即測試槍在近距離內對被測器件或系統放電。這兩種方法使用同一設備,包括電源、電壓顯示器、電阻、電容、開關、可更換的放電電極和電纜。為適應不同測試方法,放電電極頭可更換:空氣放電用圓滑頭,接觸放電用鋒利頭。
該ESD測試設備的輸出放電波形包含關鍵參數如上升時間tr、峰值電流Ipeak,以及30ns和60ns時的電流值。上升時間是指電流從10%至90%峰值的時間間隔。
人體金屬模型(HMM)最近才出現,主要是為了符合當前更多的人體通過金屬器具、機械與芯片產品相接觸的情況才提出的。HMM與IEC6100-4-2接觸放電比較類似。
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