IC靜電放電的測試方法

　　　　1 前言

　　靜電放電（ESD，electrostatic discharge）是電子工業(yè)最花代價的損壞原因之一，它會影響到生產合格率、制造成本、產品質量與可靠性以及公司的可獲利潤。隨著IC產品的制造工藝不斷微小化，ESD引起的產品失效問題越來越突出。為了能夠了解我們所制造的IC產品的抵抗靜電打擊的能力，提升產品的質量，減少因ESD而引起的損傷，世界各地的IC工程師們研制出了許多靜電放電模擬器，用來模擬現(xiàn)實生活中的靜電放電現(xiàn)象，用模擬器對IC進行靜電測試，借以找出IC的靜電放電故障臨界電壓。本文就是結合我們現(xiàn)在使用的靜電放電模擬器（ZapMaster）詳細介紹靜電放電的測試過程。

　　2靜電放電模式及國際標準

　　目前在世界工業(yè)界對靜電放電的模式大致定義了四種：人體模式HBM（humanbodymodel）、機器模式MM（machine model）、器件充電模式CDM（charge device model）、電場感應模式FIN（neldinducedmodel）。因為在IC的制造和使用過程中，人體和IC接觸的機會最多，由人體靜電損傷造成IC失效的比例也最大，而且在實際應用中工業(yè)界也大多采用HBM模式來標注IC的靜電等級。所以本文將著重介紹HBM的測試方法和判別標準。

　　人體模式（HBM），是指人體在地上走動、摩擦或者其他因素在人體上已積累了靜電，當此人去直接接觸IC時，人體上的靜電便會經IC的管腳而進入IC內，再由IC放電到地去。此放電過程會在短到幾百個納秒的時間內產生數(shù)安培的瞬間放電電流，這個電流會把IC內部的元件燒毀。圖1是HBM人體放電模式的電路模型，其中R2模擬人體電阻，C1模擬人體電容。測試過程是先用高壓源經過電阻R1對電容C1充電，電容充電后經電阻R2對DUT（被測器件）放電。因為靜電電壓有的要達到幾千伏特甚至上萬伏特，校驗比較困難，而電流的校驗比較容易，因此現(xiàn)在都是采用靜電放電電壓相對應產生的電流來校驗。圖2是HBM的放電電流波形。表1為不同的HBM靜電電壓相對應產生的放電電流與時間的關系。

　　國際上針對HBM人體放電模式已經制定了許多通用的國際工業(yè)標準，比較常見的有以下幾個：

　?、賃SMIL-STD-883EMethod3015．7notice 8；

　?、贓SDASSOCIATIONSTM5．1-2001；

　?、跩EDECEIA／J~D22-A114-B；

　?、蹵utomotive Electronics CouncilAEC-Q100-002-REV-C

　　國內主要標準有：GJB548A-96方法3015A

　　3 靜電放電的測試組合

　　靜電放電電流在IC中流動是有規(guī)律可循的，所以針對每個PIN做交叉放電分析是我們使用的最基本的測試方法。但是并非胡亂交叉測試就能得到結論，必須有一套正確而快速的測試方法作為測試的準則。下面以GJB548A-96方法3015中的要求，詳細介紹各種靜電放電的測試組合。

　　3．1 I／O腳對電源腳的靜電放電測試

　　靜電的積累可能是正的或負的電荷，因此靜電放電測試對同一IC腳而言要求具有正負兩種極性。對每一支I／O管腳而言，其對電源腳的HBM靜電放電測試有下列四種ESD測試組合，其等效電路示意圖如圖3-圖6所示。

　　1）圖3為PS-模式（Pin-to-Vss正極性）：Vss腳接地，正的ESD電壓出現(xiàn)在該I／O腳對Vss腳放電，此時VDD與其他腳懸空。

　?。?）圖4為NS-模式（Pin-to-Vss負極性）：Vss腳接地，負的ESD電壓出現(xiàn)在該I／O腳對Vss腳放電，此時VDD與其他腳懸空。

　?。?）圖5為PD-模式（Pin-to-VDD正極性）：VDD腳接地，正的ESD電壓出現(xiàn)在該I／0腳對VDD腳放電，此時Vss與其他腳懸空。

　　（4）圖6為ND-模式（Pin-to-VDD負極性）：VDD腳接地，負的ESD電壓出現(xiàn)在該I/O腳對VDD腳放電，此時Vss與其他腳懸空。