静电放电(ESD)测试与防护

静电放电(ESD)是一种常见的电子设备故障原因,尤其是在电子元器件和集成电路系统中。它是由静电积累和突然释放引起的,可能对电子设备造成严重的损害。为了评估和提高电子产品的抗静电能力,国际上已经制定了相关的测试标准,如《IEC61000-4-2》。

ESD的产生可以分三种模式:

1. 人体放电模式(HBM):人体通过摩擦或其他方式积累静电,当人体接触电子元件时,静电通过元件的管脚放电。HBM模型中,人体等效电阻为1.5kΩ,等效电容为100pF。其电流波形的峰值一般在1.2A-1.48A,电流上升时间在2-10ns,持续时间在130ns-170ns之间。

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2. 机器放电模式(MM):模拟带电导体在电子元件上产生静电放电。机器(如机械手臂)积累静电,当机器接触IC时,静电通过IC的PIN脚放电。MM模式的等效电阻为0Ω,等效电容为200pF,放电过程较短,电流较大,对元器件的破坏性更大。

3. 元件充电模式(CDM):电子元件在生产运输过程中积累静电,当元件的管脚接近或触碰到导体或人体时,元件内部的静电会瞬间放电。CDM模式的放电时间极短,电流峰值更高,对器件的破坏性更大。

ESD敏感元器件的静电敏感度等级

HBM:根据JS-001标准,共分为九个等级。

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MM:根据JEDEC标准,共分为三个等级。

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CDM:根据JS-002标准,共分为五个等级。

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ESD静电放电测试

技术参数:

  • 最大输出电压:20.00kV / 30.00kV
  • 放电间隔:0.050s~30.0s
  • 放电次数:1~9999
  • 输出极性:正 / 负
  • 放电模式:接触放电 / 空气放电
  • 放电方式:手动 / 自动
  • 放电网络:150pF/330Ω(IEC)

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放电模式:


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1. 接触放电:放电电极的尖端与DUT接触,发生放电。

2. 空气放电:放电电极充电到试验电压,然后接近DUT,通过电弧放电。

ESD的常识

1. NMOS与PMOS的ESD特性:NMOS器件在ESD击穿时产生的是电子,迁移率大,容易使Bulk/Source正向导通,而PMOS器件的耐ESD特性通常更好。

2.Trigger电压与Hold电压:Trigger电压是寄生BJT的击穿电压,介于BVCEO与BVCBO之间。Hold电压是维持持续ON状态但不进入栅锁状态的电压。二次击穿电流是指进入Latch-up状态后,I^2*R热量骤增导致硅融化的电流。可以通过控制W/L比,增加限流高阻或拉大Drain的距离/拉大SAB的距离来限制二次击穿电流。