淺談電子設(shè)備類和電子器件類的靜電測(cè)試

范凌云 于彩成

（1.珠海格力電器股份有限公司標(biāo)準(zhǔn)管理部 廣東珠海 519070;2.江蘇永尚能源科技有限公司 江蘇無(wú)錫 214000）

淺談電子設(shè)備類和電子器件類的靜電測(cè)試

范凌云1于彩成2

（1.珠海格力電器股份有限公司標(biāo)準(zhǔn)管理部 廣東珠海 519070;2.江蘇永尚能源科技有限公司 江蘇無(wú)錫 214000）

靜電放電是一個(gè)復(fù)雜多變的隨機(jī)過(guò)程，同時(shí)靜電放電有許多不同的放電形式，產(chǎn)生靜電放電的靜電源多種多樣。根據(jù)不同場(chǎng)合靜電放電的主要特點(diǎn)可以建立相應(yīng)的靜電放電模型來(lái)模擬靜電放電的主要特征，同時(shí)指定相應(yīng)的測(cè)試方法，靜電測(cè)試分為電子設(shè)備級(jí)（系統(tǒng)級(jí)）靜電測(cè)試和電子器件級(jí)（元件級(jí)）靜電測(cè)試，其所用的測(cè)試方法和測(cè)試儀器都不相同。

靜電放電 (ESD)

目前我公司電子設(shè)備類有控制器、顯示器等，其靜電測(cè)試方法執(zhí)行IEC 61000-4-2和GB/T 17626.2標(biāo)準(zhǔn)；電子器件有芯片、二極管、IC等，其靜電測(cè)試方法執(zhí)行JEDEC JESD 22-A114E-2006和EIA JESD 22-A115-A-1997，本文依照上述標(biāo)準(zhǔn)，分別談?wù)勲娮釉O(shè)備類和電子器件類的靜電測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 電子設(shè)備類（系統(tǒng)級(jí)）的靜電測(cè)試

對(duì)于電子設(shè)備類一般有兩種測(cè)試方法，分別為空氣放電和接觸放電。

（1）空氣放電

空氣放電是將試驗(yàn)發(fā)生器的充電電極靠近設(shè)備并由火花對(duì)受試設(shè)備激勵(lì)放電的一種實(shí)驗(yàn)方法。

（2）接觸放電

接觸放電是試驗(yàn)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(kāi)關(guān)激勵(lì)的一種實(shí)驗(yàn)方法。

空氣放電、接觸放電兩種測(cè)試方法的試驗(yàn)等級(jí)如表1。

空氣放電、接觸放電兩種測(cè)試方法的靜電

放電發(fā)生器的簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1中的電路參數(shù)如下：

儲(chǔ)能電容C：150(1±10)%PF；

放電電阻Rd：330Ω；

充電電阻Rc：50～100M。

對(duì)于接觸放電，其電流輸出波形如圖2。

圖2中的波形參數(shù)如表2所示。

對(duì)于空氣放電而言是沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)波形的，其原因在于空氣放電模式下受到間隙周圍物理狀況、帶電體運(yùn)動(dòng)速度的影響很大，不具有可重復(fù)性，由于實(shí)際的靜電現(xiàn)象都與火花放電有關(guān)，所以測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)更應(yīng)該適當(dāng)考慮空氣放電的情況?？諝夥烹婋m然沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)波形，但其空氣放電峰值Ip、充電電壓Vc、電流上升時(shí)間t滿足經(jīng)驗(yàn)公式（1）。

從公式（1）可以看出：空氣放電電流峰值Ip與充電電壓Vc的比值，與電流上升時(shí)間的冪次方tε成正比，電流上升時(shí)間的指數(shù)ε取決于不同的靜電發(fā)生器。

接觸放電是優(yōu)先使用的試驗(yàn)方法，空氣放電則用在不能使用接觸放電的場(chǎng)合中。

目前我們對(duì)于控制器等靜電測(cè)試采取的是空氣放電測(cè)試方法，且要求帶電測(cè)試，且要求其靜電等級(jí)不小于4級(jí)，即通過(guò)15kV的靜電測(cè)試。

對(duì)于空調(diào)整機(jī)靜電測(cè)試要求，我們執(zhí)行GB 4343.2-2009標(biāo)準(zhǔn)，采用空氣放電和接觸放電測(cè)試方法，且要求空氣放電滿足10kV的靜電測(cè)試，接觸放電滿足4kV的靜電測(cè)試。

2 關(guān)于電子器件類（元件級(jí)）的靜電測(cè)試

目前，從行業(yè)來(lái)說(shuō)，建立電子器件靜電放電敏感度的通用方法是從三種常用于描述靜電放電特性的放電模式中，即人體模式（HBM）、機(jī)器模式（MM）、帶電器件模式（CDM）選用一種或多種模型，后根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用環(huán)境選擇最合適的靜電等級(jí)對(duì)電子器件進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于電子器件類的靜電測(cè)試，其都屬于狹義上的“接觸放電”，下面先介紹三種模式。

2.1 人體模式

人體積累了靜電后接觸芯片，靜電會(huì)瞬間從芯片某個(gè)端口進(jìn)入，再經(jīng)由另一端口泄放至地，此過(guò)程會(huì)在幾百納秒（ns）內(nèi)產(chǎn)生數(shù)安培的瞬間電流把芯片器件燒毀，即帶電人體對(duì)器件放電，導(dǎo)致器件損壞，放電途徑為：人體——器件——地。等效電路圖見(jiàn)圖3，其中人體等效電容定為100pF，等效放電電阻為1500Ω，其靜電等級(jí)見(jiàn)表3。

按JESD 22-A114規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，圖3為典型測(cè)試線路圖。

先分別使用短接線、500Ω電阻修正測(cè)試波形使其滿足圖4、圖5和表4的要求。

要求通過(guò)短接線和500Ω電阻的電流波形應(yīng)該滿足表4特性。

2.2 機(jī)器模式

在芯片制造過(guò)程中積累在機(jī)器手臂上的靜電電荷接觸芯片時(shí)通過(guò)芯片的管腳瞬間泄放靜電電流，即帶電設(shè)備對(duì)器件放電，導(dǎo)致器件損壞。放電途徑為：機(jī)器——器件——地。因大多數(shù)機(jī)器都是金屬制造，其機(jī)器放電模式的等效電阻（Rs）約為0Ω，但其等效電容（Cc）定為200pF。由于機(jī)器放電模式的等效電阻小，故其放電的過(guò)程更短，在幾納秒到幾十納秒之內(nèi)產(chǎn)生數(shù)安培的瞬間電流。其靜電等級(jí)見(jiàn)表5。

按JESD 22-A115規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，圖6為典型測(cè)試線路圖。

表1 試驗(yàn)等級(jí)

表2 波形參數(shù)

表3 靜電等級(jí)

表4 通過(guò)短接線和500Ω電阻的電流波形參數(shù)（HBM）

表5 機(jī)器模式靜電等級(jí)

表6 通過(guò)短接線和500Ω電阻的電流波形參數(shù)（MM）

表7 帶電器件模型靜電等級(jí)

表8 參數(shù)對(duì)比

先分別使用短接線、500Ω電阻修正測(cè)試波形使其滿足圖7、圖8和表6的要求。

要求通過(guò)短接線和500Ω電阻的電流波形應(yīng)該滿足表6特性。

2.3 帶電器件模型

芯片的制造和運(yùn)輸過(guò)程中因摩擦生電積累靜電荷，但在靜電積累的過(guò)程中集成電路并未被損傷，當(dāng)其管腳與地接觸的瞬間，芯片內(nèi)部的靜電便會(huì)由經(jīng)管腳向外泄放電流。該模式放電的時(shí)間更短，僅在幾納秒之內(nèi)，而且很難真實(shí)模擬其放電現(xiàn)象。因?yàn)樾酒瑑?nèi)部的靜電會(huì)因芯片器件本身對(duì)地的等效電容而變，芯片擺放的角度以及芯片所用的封裝形式都會(huì)造成不同的等效電容，即帶電器件直接對(duì)地放電。放電途徑為：器件——地。其靜電等級(jí)見(jiàn)表7。

目前我們的電子器件靜電測(cè)試應(yīng)用兩種模型：人體模型（HBM）、機(jī)器模型（MM）。

根據(jù)生產(chǎn)線的靜電環(huán)境和參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于電子器件的靜電等級(jí)需滿足：

人體模型：至少滿足2級(jí)要求，即大于2000V要求；

機(jī)器模型：至少滿足M3級(jí)要求，即大于200V要求。

3 元器件與系統(tǒng)級(jí)別的抗靜電人體模式對(duì)比

關(guān)于電子器件類（元件級(jí)）器件靜電測(cè)試依據(jù)國(guó)標(biāo)GJB 548B-2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》，其檢驗(yàn)IC的抗靜電人體模式要求如圖9。

圖1 靜電放電發(fā)生器簡(jiǎn)圖

圖2 靜電放電發(fā)生器輸出電流的典型波形

圖3 人體模式典型測(cè)試線路圖

圖5 通過(guò)500Ω電阻的電流波形（HBM）

電子設(shè)備類（系統(tǒng)級(jí)）的靜電測(cè)試依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 17626.2-2006《電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)》，其檢驗(yàn)系統(tǒng)級(jí)電子產(chǎn)品所依據(jù)的要求如圖10。

根據(jù)圖9、圖10得出具體試驗(yàn)電路和參數(shù)對(duì)比，見(jiàn)表8。

圖4 通過(guò)短接線的電流波形（HBM）

放電峰值電流比較如圖11和表9。

從上述比較可看出系統(tǒng)級(jí)別的人體模式靜電測(cè)試峰值放電電流大概是元器件級(jí)別的5～6倍。所以我們必須針對(duì)不同的試驗(yàn)對(duì)象使用不同

的試驗(yàn)方法才能對(duì)應(yīng)其試驗(yàn)等級(jí)對(duì)試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行合理的分類和評(píng)判。

4 結(jié)束語(yǔ)

靜電測(cè)試是電子設(shè)備和電子器件類中一項(xiàng)重要的安全檢測(cè)項(xiàng)目，由于靜壓等級(jí)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求而發(fā)生器件損壞的事例屢見(jiàn)不鮮，所以對(duì)電子設(shè)備和電器件的靜電放電敏感性和防護(hù)水平的評(píng)估非常必要，本文分別從電子設(shè)備（系統(tǒng)級(jí)）、電子器件（元件級(jí)）方面，簡(jiǎn)單闡述了兩者靜電測(cè)試的原理、方法和等級(jí)等各方面的不同，希望能為靜電測(cè)試方面帶來(lái)一些啟迪。

表9 放電峰值電流對(duì)比

圖6 機(jī)器模式典型測(cè)試線路圖

圖7 通過(guò)短接線的400V電壓放電電流波形（MM）

圖8 通過(guò)500Ω電阻的400V電壓放電電流波形（MM）

圖9 電子器件類（元件級(jí)）器件靜電測(cè)試原理圖（詳細(xì)測(cè)試步驟見(jiàn)GJB 548B-2005的PDF文檔313～316）

[1] IEC 61000-4-2《電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗(yàn)》(國(guó)際電磁兼容)

[2] JEDEC JESD22-A114E《人體模式(HBM)靜電放電敏感測(cè)試》(美國(guó)綜合)

[3] EIA JESD22-A115-A-1997《機(jī)器模式(MM)靜電放電敏感測(cè)試》(美國(guó)綜合)

[4] GB/T 17626.2《電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗(yàn)》

[5] GJB 548B《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》

The analysis on electrostatic discharge test for electronic equipment and electronic component

FAN Lingyun1YU Caicheng2
(1.GREE Electric Appliances.INC.of Zhuhai Zhuhai 519070；2.Jiangsu YongShang Energy Technology Co., Ltd. Wuxi 214000)

Electrostatic discharge is a variational and stochastic process. It has many kinds of static electricity discharges and Electrostatic source. There are several models and test methods of Electrostatic discharge, use for simulating static electricity discharges. Electrostatic discharge test has two test methods for electronic equipment and for electronic component. They have different test methods and test equipment.

Electrostatic discharge (ESD)

圖10 電子設(shè)備類（系統(tǒng)級(jí)）的靜電測(cè)試原理圖（詳細(xì)測(cè)試見(jiàn)GB/T 17626.2-2006）

圖11 放電峰值電流波形