ESD測試標準及方法詳解

靜電放電（ESD: Electrostatic Discharge）是電子元器件和集成電路系統(tǒng)的主要破壞源。由于靜電瞬間電壓非常高（超過幾千伏），其損傷是毀滅性和長久性的。因此，預防靜電損傷是IC設計和制造的重要任務之一。本文將詳細介紹ESD的測試標準及方法，幫助大家更好地理解和應對這一難題。

ESD測試標準

根據(jù)靜電的產(chǎn)生方式及對電路的損傷模式不同，ESD測試通常分為四種模式：人體放電模式（HBM: Human-Body Model）、機器放電模式（MM: Machine Model）、元件充電模式（CDM: Charge-Device Model）和電場感應模式（FIM: Field-Induced Model）。其中，前兩種模式（HBM和MM）在業(yè)界應用為普遍。

人體放電模式（HBM）

人體放電模式模擬人體摩擦產(chǎn)生的靜電突然釋放到芯片上，導致芯片擊穿損壞。業(yè)界對HBM的ESD標準有多個規(guī)范，如MIL-STD-883C method 3015.7（等效人體電容為100pF，等效人體電阻為1.5Kohm）和國際電子工業(yè)標準（EIA/JESD22-A114-A）。按照MIL-STD-883C method 3015.7，小于2kV為Class-1，2kV至4kV為Class-2，4kV至16kV為Class-3。

機器放電模式（MM）

機器放電模式模擬機器（如機器人）移動產(chǎn)生的靜電釋放到芯片上，導致芯片擊穿。MM標準為EIAJ-IC-121 method 20或EIA/JESD22-A115-A。由于機器是金屬且電阻為0，放電時間極短（ms或us之間），且電流非常大，200V的MM放電比2kV的HBM放電危害更大。

ESD測試方法

ESD的測試方法類似于FAB中的GOI測試，指定pin后施加ESD電壓，持續(xù)一段時間，再測試電性，重復此過程直至芯片擊穿，此時的電壓為ESD擊穿的臨界電壓（ESD failure threshold Voltage）。通常測試步驟如下：
施加三次電壓（3 zaps）
電壓步進ΔVESD：對于VZAP ≤ 1000V，ΔVESD = 50V（或100V）
對于VZAP > 1000V，ΔVESD = 100V（或250V、500V）
起始電壓：為平均ESD擊穿臨界電壓的70%

不同類型的pin測試

ESD測試需要考慮不同的pin組合：

I/O pins測試

對input和output pins分別進行正負電荷測試。測試input時，output和其他pins浮接（floating），反之亦然。

pin-to-pin測試

靜電放電發(fā)生在pin-to-pin之間，形成回路。為簡化測試，通常用某一I/O-pin施加正或負的ESD電壓，其他所有I/O接地，輸入和輸出同時浮接。

Vdd-Vss測試

將Vdd和Vss接起來，所有I/O浮接，施加靜電讓其穿過Vdd與Vss之間。

Analog-pin測試

針對模擬電路的差分比對或運算放大器（OP AMP），單獨對兩個pin進行ESD測試，其他pin浮接。

結論

隨著摩爾定律的推進，器件尺寸越來越小，結深越來越淺，GOX越來越薄，靜電擊穿變得更加容易?，F(xiàn)代IC設計和制造必須克服這些挑戰(zhàn)，確保芯片的ESD保護。希望本文對ESD測試標準和方法的詳解能為您提供有價值的參考。
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