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esd測試標(biāo)準(zhǔn)要求

   日期:2024-06-23 20:43:02     來源:ESD認證     作者:中企檢測認證網(wǎng)     瀏覽:6    評論:0
核心提示:一、概述前文介紹了HBM、MM、CDM等面向半導(dǎo)體器件的ESD測試模型標(biāo)準(zhǔn)和敏感度分級,這些ESD模型標(biāo)準(zhǔn)用于評測半導(dǎo)體器件的ESD防護能力。產(chǎn)品

一、概述

前文介紹了HBM、MM、CDM等面向半導(dǎo)體器件的ESD測試模型標(biāo)準(zhǔn)和敏感度分級,這些ESD模型標(biāo)準(zhǔn)用于評測半導(dǎo)體器件的ESD防護能力。產(chǎn)品設(shè)計工程師在進行方案的器件選型時應(yīng)給予特別關(guān)注。同時也意味著,半導(dǎo)體器件在封裝、測試、轉(zhuǎn)運、焊接等生產(chǎn)制造的全部過程中都需要控制ESD環(huán)境(包括人體、設(shè)備、材料等)電壓不超過器件的ESD耐受閾值。

不幸的是,這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常被誤解,有時會和面向“整機產(chǎn)品/設(shè)備”的ESD試驗標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-26(國標(biāo)GB-T17626.2等同于此國際標(biāo)準(zhǔn))混淆,甚至被互換使用。實際上,制定這兩類不同的標(biāo)準(zhǔn)用于不同的目的。IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)則是針對電子產(chǎn)品的整機系統(tǒng)級(裝置、設(shè)備、系統(tǒng)、子系統(tǒng))的ESD試驗標(biāo)準(zhǔn),以模擬評估電氣電子產(chǎn)品在真實世界的ESD應(yīng)力環(huán)境條件下對ESD的抗干擾(EMS)能力,它是評測電氣電子產(chǎn)品電磁兼容性(EMC)的一個重要組成部分。

二、IEC61000-4-2介紹

2.1 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

IEC61000-4-2由國際電工委員會(The International Electrotechnical Commission - IEC)制定,其標(biāo)準(zhǔn)文本的名稱為:”Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-2: Testing and measurement techniques - Electrostatic discharge imminity test“,即“電磁兼容性-第4-2部分:試驗和測量技術(shù)-靜電放電抗擾度試驗“。

IEC61000-4-2的不同版本內(nèi)容略有修改和差異,本文主要參考IEC61000-4-2 Edition 2.0 -2008.12 發(fā)布的版本進行說明。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電氣電子設(shè)備(equipment)遭受來自操作人員或物體直接接觸產(chǎn)生放電(直接放電)時、以及人或物體對關(guān)鍵設(shè)備的鄰近物體放電(間接放電)時的抗擾度要求和試驗方法,還包括了不同環(huán)境和安裝條件下試驗等級的范圍和試驗程序。 該標(biāo)準(zhǔn)的通用性和可重現(xiàn)性(reproducible)使人們可以量化評估電氣電子設(shè)備、即受試設(shè)備(EUT - equipment under test)在遭受靜電放電時的抗干擾性能。

該試驗標(biāo)準(zhǔn)中有幾個關(guān)于放電方式的重要術(shù)語:

(1) 直接放電 direct application

-- 直接對受試設(shè)備實施放電,即通過傳導(dǎo)直接耦合方式實施干擾。

(2) 間接放電 indirect application

-- 對受試設(shè)備附近的耦合板實施放電,以模擬人體對受試設(shè)備附近的物體的放電,即透過空間輻射耦合方式實施干擾。耦合板(coupling plane)就是一塊金屬板。HCP:水平耦合板;VCP:垂直耦合板。

(3) 接觸放電方法 contact discharge method

-- 試驗發(fā)生器的電極保持與受試設(shè)備的接觸并由發(fā)生器內(nèi)的放電開關(guān)激勵放電的一種試驗方法。 屬于直接放電方式。

(4) 空氣放電方法 air discharge method

-- 將試驗發(fā)生器的充電電極靠近受試設(shè)備并產(chǎn)生電火花對受試設(shè)備激勵放電的一種試驗方法。屬于間接放電方式。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:接觸放電是優(yōu)先選擇的試驗方法,空氣放電則用于不能使用接觸放電的場合(如表面涂有絕緣層、計算機鍵盤縫隙等情況)。對于有金屬外殼或?qū)ν饨涌诘拇蟛糠之a(chǎn)品或設(shè)備,目前這兩種試驗方法通常都被用戶要求進行。兩種試驗方法的電壓等級分別如下表1所示。

 

表1 試驗等級

2.2 試驗配置

整個試驗配置由試驗發(fā)生器、受試設(shè)備和所需的輔助儀器組成。受試設(shè)備應(yīng)根據(jù)制造廠家的安裝說明書(如果有的話)進行布置。設(shè)備的靜電抗擾度試驗通常在實驗室進行,設(shè)備安裝后的試驗只供有選擇地進行,不強制實施,只在經(jīng)制造商和用戶雙方協(xié)商同意時才進行。

2.2.1 試驗發(fā)生器

“試驗發(fā)生器”又稱“靜電放電發(fā)生器”。原理簡圖如圖1。

 

圖1 試驗發(fā)生器(靜電放電發(fā)生器)原理圖

靜電放電發(fā)生器應(yīng)滿足以下規(guī)格要求:

(1)接觸放電輸出電壓 至少1kV~8kV(標(biāo)稱值)

(2)空氣放電輸出電壓 至少1kV~15kV(標(biāo)稱值)

(3)輸出電壓允許偏差 ±5%

(4)保持時間 至少5s (放電前,由于電荷泄露使試驗電壓下降不超過10%的維持時間)

(5)輸出電壓極性 正極性和負極性(可切換)

(6)放電操作方式 單次放電(連續(xù)放電之間的間隔時間不少于1s)

儲能電容器、放電電阻以及放電開關(guān)應(yīng)盡可能靠近放電電極/放電頭(discharge tip)。靜電放電發(fā)生器應(yīng)具備至少20次/s的重復(fù)頻率產(chǎn)生放電的能力并要求滿足表2(以接觸放電方式驗證)的放電特征參數(shù),其放電電流波形見圖2。

 

表2 接觸放電電流波形參數(shù)

 

圖2 理想的接觸放電電流波形@4kV放電電壓

另外,接觸放電和空氣放電使用的放電電極頭有所不同,尺寸規(guī)定如圖3。

 

圖3 放電電極尺寸

靜電放電發(fā)生器的電極頭在進行放電試驗時通常應(yīng)垂直于受試設(shè)備的表面。

靜電放電發(fā)生器(如圖4),又稱靜電放電模擬器、靜電放電模擬發(fā)生器、靜電放電測試儀器、靜電放電抗擾度測試儀器。

 

圖4 靜電放電發(fā)生器

靜電放電發(fā)生器在出廠前以及使用期間定期例行按上述要求進行校驗,以確保使用其進行的測試結(jié)果具有可重復(fù)性、可對比性。IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)給出了利用具有標(biāo)準(zhǔn)電阻負載的“法拉第籠子”(如圖5)進行測試校驗的方法。

 

圖5 驗證靜電放電發(fā)生器特性的布置實例

2.2.2 實驗室內(nèi)設(shè)備測試布置要求

測試實驗室的地面應(yīng)設(shè)置接地參考平面,它是一種最小厚度為0.25mm的銅或鋁的金屬薄板,其它金屬材料雖可使用但厚度應(yīng)不小于0.65mm。接地參考平面的最小尺寸為 1?2 ,實際的尺寸取決于受試設(shè)備的尺寸,而且每邊至少應(yīng)伸出受試設(shè)備或水平耦合板之外0.5m,并將它與保護接地系統(tǒng)相連。

受試設(shè)備與實驗室墻壁和其他金屬性結(jié)構(gòu)之間的距離最小1m。受試設(shè)備應(yīng)遵守安全規(guī)范并按其使用要求布置和連線。按照受試設(shè)備的安裝技術(shù)條件,應(yīng)該將它與接地系統(tǒng)連接。不允許有其他附加的接地線。電源與信號電纜的布置應(yīng)能反映實際安裝條件。

靜電放電發(fā)生器的放電回路電纜應(yīng)與接地參考平面連接,該電纜的總長度一般為2m。如果這個長度超過所選放電點需要的長度,如可能將多余的長度以無感方式離開接地參考平面放置,且與試驗配置的其他導(dǎo)電部分保持不小于0.2m的距離。

與接地參考平面連接的接地線和所有連接點均應(yīng)是低阻抗的,例如在高頻場合下采用夾具等。

規(guī)定有耦合板的地方,例如允許采用間接放電的地方,這些耦合板采用和接地參考平面相同的金屬和厚度,而且應(yīng)經(jīng)過兩端各帶有一個470kΩ電阻的電纜與接地參考平面連接,當(dāng)電纜置于接地參考平面上時,這些電阻器應(yīng)能耐受住放電電壓且具有良好的絕緣,以避免對接地參考平面的短路。

不同類型設(shè)備在實驗室內(nèi)進行ESD放電試驗時布置要求及實例如下。

(1)臺式設(shè)備(Table-top equipment)

 

圖6 實驗室試驗時臺式設(shè)備(計算機主機、顯示器、鍵盤)的試驗布置實例

臺式受試設(shè)備放置在接地參考平面上0.8m高的木桌上,桌上的水平耦合板(HCP)面積為1.6m x 0.8m。受試設(shè)備和連接線纜應(yīng)當(dāng)用0.5mm厚的絕緣襯墊與水平耦合板隔開。

如果受試設(shè)備過大而不能保持與水平耦合板各邊的最小距離為0.1m,則應(yīng)使用另一塊相同的水平耦合板,并與第一塊短邊側(cè)距離0.3m。但此時必須將桌子擴大或使用二個桌子,這些水平耦合板不必焊在一起,而應(yīng)經(jīng)過另一根帶電阻電纜接到接地參考平面上。所有受試設(shè)備的安裝腳架應(yīng)保持原位。

(2)落地式設(shè)備(Floor-standing equipment)

 

圖7 實驗室試驗時落地式設(shè)備的試驗布置實例

落地式受試設(shè)備應(yīng)當(dāng)用0.05~0.15m厚的絕緣臺架與接地參考平面隔開。受試設(shè)備的線纜也應(yīng)當(dāng)用0.5mm厚的絕緣襯墊與接地參考平面隔開。所有受試設(shè)備的安裝腳架應(yīng)保持原位。

(3)不接地設(shè)備(Ungraounded equipment)

對于不與任何接地系統(tǒng)連接的設(shè)備或設(shè)備部件,包括便攜式、內(nèi)置或外部電池供電(不帶或帶充電器但沒有接地的電源線)和雙重絕緣設(shè)備(II類設(shè)備)不能像I類供電設(shè)備那樣自行放電。若在下一個靜電放電脈沖施加前電荷未消除,受試設(shè)備或受試設(shè)備的部件上的電荷累積可能使電壓高達預(yù)期試驗電壓的兩倍。如此,這類雙重絕緣設(shè)備的絕緣體電容經(jīng)受多次靜電放電累積電荷后可能超過絕緣擊穿電壓,從而瞬間以很高能量放電。

試驗布置(對于臺式設(shè)備或落地式設(shè)備)應(yīng)分別與上述(1)(2)的描述基本相同。為模擬單次靜電放電(空氣放電或者接觸放電)或新的一次靜電放電測試,在施加靜電放電脈沖之前應(yīng)消除受試設(shè)備上以及已施加過靜電放電脈沖的金屬點或部位上的電荷,如連接器外殼、電池充電插腳、金屬天線。

消除施加靜電放電點的電荷應(yīng)使用類似水平耦合板和垂直耦合板用兩端帶有470kΩ泄放電阻的電纜。

因受試設(shè)備和水平耦合板(臺式)之間以及受試設(shè)備和接地參考平面(落地式)之間的電容取決于受試設(shè)備的尺寸,靜電放電試驗時,如果功能允許,應(yīng)安裝帶泄放電阻的電纜。放電電纜的一個電阻應(yīng)盡可能靠近受試設(shè)備的試驗點,最好小于20mm,第二個電阻應(yīng)靠近電纜的末端。對于臺式設(shè)備電纜連接于水平耦合板上(見圖8),對于臺式設(shè)備電纜連接于接地參考平面上(見圖 9)。

帶泄放電阻電纜的存在可能會影響某些設(shè)備的試驗結(jié)果。有爭議時,若在連續(xù)放電之間累積的電荷能有效地衰減,施加靜電放電脈沖時斷開泄放電纜的試驗優(yōu)先于連接上泄放電纜的試驗。

以下選擇可作為替代方法:

— 連續(xù)放電試驗的時間間隔應(yīng)長于受試設(shè)備的電荷自然衰減所需的時間;
一 使用炭纖維刷清掃,炭纖維刷連接到兩端帶470 kΩ泄放電阻的接地電纜;

注:在電荷衰減有爭議時,可用非接觸式電場測試儀監(jiān)測受試設(shè)備上的電荷。當(dāng)放電衰減至低于初始值的10%后,受試設(shè)備被認為已充分放電。2008年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)中刪除了使用離子風(fēng)機消除累積電荷的方式。

1) 臺式設(shè)備

對于臺式設(shè)備,如圖8 所述,受試設(shè)備放于絕緣村墊(厚0.5mm)上,絕緣襯墊位于水平耦合板上。對受試設(shè)備上可觸及的金屬部分施加靜電放電,其金屬部分和水平耦合板之間應(yīng)使用帶泄放電阻的電纜連接。

 

圖8 實驗室試驗時不接地臺式設(shè)備的試驗布置實例

2) 落地式設(shè)備

對于與接地參考平面無任何金屬連接的落地式設(shè)備,安裝應(yīng)類似于圖9。 對受試設(shè)備上可觸及的金屬部分施加靜電放電,其金屬部分和接地參考平面(GRP)之間應(yīng)使用帶泄放電阻的電纜連接。

 

圖9 實驗室試驗時不接地落地式設(shè)備的試驗布置實例

 

2.2.3 現(xiàn)場安裝后設(shè)備測試布置要求

要求進行安裝后鑒定試驗時必須考慮相鄰的設(shè)備可能受到不利的影響。 設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)在其最終安裝完畢條件下進行試驗。但是經(jīng)受現(xiàn)場ESD試驗的設(shè)備可能導(dǎo)致其內(nèi)部電路或元器件的性能顯著下降,從而大大降低了它的MTTF時間,這或許不是一個明智的試驗要求。

為了便于放電回路電纜的連接,應(yīng)將接地參考平面鋪設(shè)在地面上并保持與受試設(shè)備約0.1m 的距離,該接地平面應(yīng)當(dāng)用厚度不小于0.25mm的銅或鋁板,或使用最小厚度為0.65mm的其它金屬材料,條件允許時接地參考平面應(yīng)是寬約0.3m和長約2m。 應(yīng)將這個接地參考平面連接到保護接地系統(tǒng)上,或連接到受試設(shè)備的接地端上。

靜電放電發(fā)生器的放電回路電纜應(yīng)連接到靠近受試設(shè)備的接地參考平面的某個點上。當(dāng)受試設(shè)備安裝在金屬臺面上時,應(yīng)將臺面通過每端接有470kΩ的電纜連接到參考平面上,以防止電荷的累積。 圖10提供了安裝后試驗配置的實例。

 

 

圖10 安裝后的落地式設(shè)備的試驗布置實例

 

2.3 試驗過程

2.3.1 實驗室環(huán)境條件

實驗室的環(huán)境參數(shù)應(yīng)對試驗結(jié)果的影響降至最低。試驗和校驗應(yīng)在規(guī)定的電磁環(huán)境和氣候條件下進行。實驗室的電磁環(huán)境不應(yīng)影響試驗結(jié)果。在空氣放電試驗的情記下,氣候條件應(yīng)在下述范圍內(nèi):

一 環(huán)境溫度:15°C~35°
一 相對濕度:30%~60%
一 大氣壓力:86kPa~106kPa

如果設(shè)備工作于特殊的氣候條件,則按設(shè)備的規(guī)格要求設(shè)置環(huán)境條件。

2.3.2 EUT的運行

應(yīng)對受試設(shè)備的試驗程序和軟件進行選擇,使EUT能在所有的工作模式下正常運行。也可以采用特殊的測試軟件并確保受試設(shè)備能被全面評估。對于符合性試驗,受試設(shè)備應(yīng)在由初步試驗所確定的最敏感方式下連續(xù)運行(程序循環(huán))。如果要求有監(jiān)測設(shè)備,為減少出現(xiàn)故障誤指示的可能性,應(yīng)對監(jiān)測設(shè)備去耦。

2.3.3 試驗的實施

試驗應(yīng)按照試驗計劃,采用對受試設(shè)備直接和間接的放電方式進行。試驗計劃包括

-- 受試設(shè)備的典型工作條件;
-- 受試設(shè)備是按臺式設(shè)備還是落地式設(shè)備進行試驗;
-- 確定施加放電點;
-- 在每個點上,是采用接觸放電還是空氣放電;
-- 所使用的試驗等級;
-- 符合性試驗中在每個點上施加的放電次數(shù);
-- 是否還進行安裝后的試驗。
為了確定試驗計劃的上述內(nèi)容,可能需要先期進行一些試探性試驗。

(1) 對EUT直接放電試驗

除非在通用標(biāo)淮、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)中有其他規(guī)定,靜電放電只施加在正常使用時人員可接觸到的受試設(shè)備上的點和面。以下是例外的情況(亦即,放電不施加在下述點):

a) 在維修時才接觸得到的點和表面。這種情況下,特定的靜電放電簡化方法應(yīng)在相關(guān)文件中注明。
b) 最終用戶保養(yǎng)時接觸到的點和表面。這些極少接觸到的點,如換電池時接觸到的電池、錄音電話中的磁帶等。
c) 設(shè)備安裝固定后或按使用說明使用后不再能接觸到的點和面。例如,底部和/或設(shè)備的靠墻面或安裝端子后的地方。
d) 外殼為金屬的同軸連接器和多芯連接器可接觸到的點。該情況下,僅對連接器的外殼施加接觸放電。
非導(dǎo)電(例如,塑料)連接器內(nèi)可接觸到的點,應(yīng)只進行空氣放電試驗。試驗使用靜電放電發(fā)生器的圓形電極頭。

通常應(yīng)考慮以下六種情況:

表4 – 對連接器進行ESD放電試驗的情況

由于功能原因?qū)o電放電敏感并有靜電放電警告標(biāo)簽的連接器或其他接觸部分可接觸到的點,如測量、接收或其他通訊功能的射頻輸入端。

基本原理:許多連接器端子用于處理模擬或數(shù)字的高頻信息,因而不能使用充分的過壓保護裝置。 過壓保護二極管的寄生電容妨礙受試設(shè)備工作頻段內(nèi)的工作。對于模擬信號,帶通濾波器可能是解決方案。

在上述情況中,推薦的特定靜電放電簡化步藥應(yīng)在相關(guān)文件中注明。 為了確定故障的臨界值,試驗電壓應(yīng)從最小值到選定的試驗電壓值逐漸增加(見第2.1章節(jié)中的試驗等級)。最后的試驗值不應(yīng)超過產(chǎn)品的規(guī)范值,以避免損壞設(shè)備。

試驗應(yīng)以單次放電的方式進行。在預(yù)選點上,至少施加十次單次放電(以最敏感的極性)

連續(xù)單次放電之間的時間間隔建議至少1s,但為了確定系統(tǒng)是否會發(fā)生故障,可能需要更長的時間間隔。

注:通過施加20 次/s或以上放電重復(fù)率來進行試探掃描選擇放電點(尋找較薄弱處)。

靜電電放電發(fā)生器應(yīng)保持與實施放電的表面垂直,以改善試驗結(jié)果的可重復(fù)性。

在實施放電的時候,發(fā)生器的放電回路電纜與受試設(shè)備的距離至少應(yīng)保持0.2m。

在接觸放電的情況下,放電電極的頂端應(yīng)在操作放電開關(guān)之前就接觸受試設(shè)備。

對于表面涂漆的情況,應(yīng)采用以下的操作程序:

如設(shè)備制造廠家末說明涂膜為絕緣層,則發(fā)生器的電極頭應(yīng)穿入漆膜,以便與導(dǎo)電層接觸。

如廠家指明涂漆是絕緣層,則應(yīng)只進行空氣放電,這類表面不應(yīng)進行接觸放電試驗。

在空氣放電的情況下,放電電極的圓形放電頭應(yīng)盡可能快地接近并觸及受試設(shè)備(不要造成機械損傷)。每次放電之后,應(yīng)將靜電放電發(fā)生器的放電電極從受試設(shè)備移開,然后重新觸發(fā)發(fā)生器,進行新的單次放電,這個程序應(yīng)當(dāng)重復(fù)至放電完成為止。在空氣放電試驗的情況下,用作接觸放電的放電開關(guān)應(yīng)當(dāng)閉合。

(2) 對EUT間接放電試驗

對放置于或發(fā)裝在受試設(shè)備附近的物體的放電應(yīng)用靜電放電發(fā)生器對耦合板接觸放電的方式進行模擬。

除了遵循上述(1)描述的測試過程之外,還需滿足 下述1)和2)中所提出的要求。

1) 在受試設(shè)備下面的水平耦合板

對水平耦合板放電應(yīng)在水平方向?qū)ζ溥吘壥┘印?/p>

在距受試設(shè)備每個單元(若適用)中心點前面的0.1m處水平耦合板邊緣,至少施加10次單次放電(以最敏感的極性)。放電時,放電電極的長軸應(yīng)處在水平耦合板的平面,并與其前面的邊緣垂直。

放電電極應(yīng)接觸水平耦合板的邊緣(見圖 6)。

另外,應(yīng)考慮對受試設(shè)備的所有面都施加放電試驗。

2)垂直耦合板

對耦合板的一個垂直邊的中心至少施加十次的單次放電(以最敏感的極性)(圖6和圖7),應(yīng)將尺寸為0.5m x 0.5m 的耦合板平行于受試設(shè)備放置且與其保持0.1m的距離。

放電應(yīng)施加在耦合板上,通過調(diào)整耦合板位置,使受試設(shè)備四面不同的位置都受到放電試驗。

2.4 試驗結(jié)果評價

試驗結(jié)果應(yīng)依據(jù)受試設(shè)備在試驗中的功能喪失或性能降低現(xiàn)象進行分級(classified),相關(guān)的性能水平由設(shè)備的制造商或需求方確定,或由產(chǎn)品的制造商和購買方雙方協(xié)商一致。推薦按如下要求分級,作為評判依據(jù):

a)在制造商、委托方或購買方規(guī)定的限值內(nèi)性能正常;
b) 功能或性能暫時喪失或降低,但在騷擾停止后能自行恢復(fù),不需要操作者干預(yù);
c) 功能或性能暫時喪失或降低,但需操作者干預(yù)才能恢復(fù);
d) 因設(shè)備硬件或軟件損壞,或數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)的功能喪失或性能降低。

制造商的技術(shù)規(guī)格可以具體說明對受試設(shè)備造成的某些影響是輕微的,因而是可以接受的。

這種分級(classification)可以作為負責(zé)相關(guān)產(chǎn)品通用標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)委員會制定產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格的指南。或在沒有合適的通用、產(chǎn)品或產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)時,可作為制造商和購買方協(xié)商產(chǎn)品性能規(guī)格的框架。

三、HBM 與IEC61000-4-2比較

盡管HBM模型和IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)所模擬的ESD來源都是外部帶靜電的人體或物體,但兩種標(biāo)準(zhǔn)面向的被放電的具體對象是不同的,并且他們的測試要求有幾個最重要的差別值得注意。

(1) 靜電放電的電流和泄放能量

兩種標(biāo)準(zhǔn)的一個關(guān)鍵差別就是靜電電壓放電的峰值電流。如下表列示,8KV HBM放電的峰值電流相較低于2KV IEC61000-4-2放電的峰值電流。而在8KV(系統(tǒng)級靜電放電的通常要求)靜電電壓水平下,IEC61000-4-2放電的峰值電流甚至比最高性能的半導(dǎo)體器件的設(shè)計閾值電流高22倍。

表5 HBM vs IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)的峰值電流@接觸放電方式

放電電流的大小對于集成電路芯片在ESD放電下是否遭受損傷至關(guān)重要,大的放電電流可能導(dǎo)致結(jié)失效以及金屬化走線燒融,對于標(biāo)稱8KV HBM靜電防護等級的芯片有可能被2KV IEC標(biāo)準(zhǔn)放電損壞。因此,系統(tǒng)設(shè)計工程師不能根據(jù)HBM等級來確定產(chǎn)品發(fā)送到終端客戶后系統(tǒng)是否幸免于ESD放電。

(2) 靜電放電的上升時間

另一個不同之處就是靜電電壓放電的上升時間。HBM模型規(guī)定放電上升時間可以是25ns@500Ω負載。而IEC的放電脈沖上升時間少于1ns, 并在30ns內(nèi)耗散了大部分能量。對于以HBM標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定靜電防護等級的芯片而言,假如其內(nèi)部保護電路的響應(yīng)時間為25ns,器件可能在內(nèi)部的保護電路起作用之前就被IEC模式的靜電放電損傷了。

(3) 測試過程靜電放電次數(shù)

再一個不同就是HBM和IEC標(biāo)準(zhǔn)對測試試驗的樣本數(shù)量和放電次數(shù)的規(guī)定。HBM標(biāo)準(zhǔn)要求采用3個待測芯片樣本,但每個芯片僅被進行一次正向和負向靜電脈沖放電測試。而IEC則要求對待測的整機系統(tǒng)在預(yù)選點上,至少施加十次單次放電(以最敏感的極性)。一個裝置有可能在遭到第一次放電沖擊后幸存下來,但在承受后續(xù)的多次放電后失效,這是由于在失效之前的幾次放電中受到損傷。在當(dāng)今的應(yīng)用環(huán)境中,系統(tǒng)在其生命周期內(nèi)完全可能會受到多次外部靜電沖擊的影響,因此系統(tǒng)供應(yīng)商采用比IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最少10次放電試驗更多的放電次數(shù)來測試他們的系統(tǒng)也是很常見的。

再次強調(diào)HBM(以及MM、CDM)是面向半導(dǎo)體器件的靜電放電測試模型,主要用于指導(dǎo)半導(dǎo)體的生產(chǎn)制造和加工,包括半導(dǎo)體的生產(chǎn)封測廠、以及使用成品芯片進行PCBA裝聯(lián)電路板和裝配調(diào)測生產(chǎn)廠內(nèi)全過程中的ESD管控標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遠低于所有被加工的元器件中最低ESD耐壓等級,即廠內(nèi)所有靜電防護區(qū)域(EPA)的ESD電壓通常被要求低于100V、甚至更低。 而在進行產(chǎn)品設(shè)計選擇元器件時,應(yīng)盡量選用ESD耐壓等級較高的元器件,以提高產(chǎn)品的可靠性。

IEC61000-4-2則是針對系統(tǒng)或設(shè)備的整機測試標(biāo)準(zhǔn)。用于衡量整機系統(tǒng)在現(xiàn)實環(huán)境中承受外部ESD直接或間接干擾的能力。

四、參考文獻

1) Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-2: Testing and measurement techniques – Electrostatic discharge immunity test, International Standard. IEC61000-4-2, Edition 2. 2008-12

2) 電磁兼容 試驗和測量技術(shù)-靜電放電抗擾度試驗 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 17626.2-2006/ IEC61000-4-2:2001,2006-12-19發(fā)布,2007-09-01實施

3)Human Body Model(HBM) vs. IEC IEC61000-4-2 White Paper,Jan. 2008 California Micro Devices

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