IC靜電放電的測試方法

1 前言

　　靜電放電（ESD，electrostatic discharge）是電子工業最花代價的損壞原因之一，它會影響到生產合格率、製造成本、產品質量與可靠性以及公司的可獲利潤。隨著IC產品的製造工藝不斷微小化，ESD引起的產品失效問題越來越突出。為了能夠了解我們所製造的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工程師們研製出了許多靜電放電模擬器，用來模擬現實生活中的靜電放電現象，用模擬器對IC進行靜電測試，藉以找出IC的靜電放電故障臨界電壓。本文就是結合我們現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的製造和使用過程中，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界也大多採用HBM模式來標註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，電容充電後經電阻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，因此現在都是採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係。

　　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標準，比較常見的有以下幾個：

　　①USMIL-STD-883EMethod3015．7notice 8；

　　②ESDASSOCIATIONSTM5．1-2001；

　　③JEDECEIA／J~D22-A114-B；

　　④Automotive 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。但是並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電壓出現在該I／O腳對Vss腳放電，此時VDD與其他腳懸空。

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