ESD是代表英文Electrostatic Discharge即"靜電放電"的意思。
ESD測試的目的
評估IC產品在運輸、操作等狀況下,因人體或機台的靜電經由IC接腳傳入IC內部,造成IC電路的損壞
靜電放電模型
一般工業界將元件的ESD測試分類為人體放電模型(Human Body Model, HBM),機器放電模型(Machine Model, MM)及元件充電模型(Charged Device Model, CDM),而元件充電模型又可分為socket和non-socket兩種測試方法。
HBM(人體放電模式Human Body Model)
人體放電模型是模擬人體因走動或其他因素而在人體上累積靜電後,再去碰觸到IC,人體上的靜電便會經由碰觸的腳位而進入IC內,若IC有一端接地而形成放電路徑時,便會經由接地腳位放電。此放電的過程會在短短數百毫微秒(ns)的時間內產生數安培的瞬間放電電流,進而將IC內的電路燒毀。
上圖HBM的ESD事件發生情形
人體放電模式(HBM)可用下圖的等效電路圖來模擬,其中人體的等效電容定為100pF,人體的等效放電電阻定為1.5KΩ。
人體放電模式(HBM)的工業標準測試等效電路
MM(機器放電模式Machine Model)
機器放電模型則是70年代由日本人根據HBM的最嚴重狀況所發展出來。機器放電模式是模擬設備機器(例如機械手臂、測試夾具、手工具等)本身累積了靜電,當此機器碰觸IC時,靜電便對該IC放電。雖然MM與HBM的放電行為模式相類似,但當MM發生時皆為金屬對金屬的接觸,因此接觸電阻微乎其微,而且一般機器設備的電容皆遠大於人體,因此可以儲存更多的靜電荷,所以不但造成放電的速度很快,放電電流也較HBM大了數倍,在幾十毫微秒之內會有數安培的瞬間放電電流產生,因此機器放電模型對IC造成的破壞更大。而且由於電感效應的影響,MM放電時將以正負電流振盪的型式影響產品,因此造成的破壞將更加嚴重,其等效電路圖如圖所示。
機器放電模式(MM)的工業標準測試等效電路
CDM(元件充電模式Charged Device Model)
此放電模式是指IC先因磨擦或其他因素而在IC內部累積了靜電,但在靜電累積的過程中IC並未被損傷。此帶有靜電的IC在處理過程中,當其IC腳位碰觸到接地面時,IC內部的靜電便會經由此IC腳位流出來,而造成了放電的現象。元件充電放電模式(CDM) ESD可能發生的原因及放電的情形顯示於圖。
靜電放電的可能發生情形:
1. 待測IC自塑膠導管中滑出時與導管磨擦後帶電,帶電的IC腳位接觸接到地面而形成放電現象,如圖(a)。
圖(a)
2. 自塑膠導管中滑出時與導管磨擦後帶電,IC腳朝上,經由測試者的金屬鑷子(接地的金屬工具)而放電。
此種模式的放電時間更短,僅約幾毫微秒之內,而且放電現象更難以真實的被模擬。因為IC內部累積的靜電會因IC元件本身對地的等效電容而變,IC擺放的角度與位置以及IC所用的包裝型式都會造成不同的等效電容,如圖(b)。
圖(b)
ESD零件名詞解釋
Symbol Parameter
IPP Maximum Reverse Peak Pulse Current 最大峰值脈衝電流。
這是基於最大截止電壓和此時的峰值脈衝電流。
VC Clamping Voltage @IPP 箝位電壓。
這是二極體在截止狀態提供的電壓,也就是在ESD衝擊狀態時通過TVS的電壓,它不能大於被保護迴路的可承受極限電壓,否則元件面臨被損傷的危險。
VRWM(VR) Working Peak Reverse Voltage 額定逆向峰值電壓。
這是二極體在正常狀態時可承受的電壓,此電壓應大於等於被保護電路的正常工作電壓,否則二極體會不斷截止迴路電壓;但它又需要盡量與被保護迴路的正常工作電壓接近,這樣才不會在ESD工作以前使整個迴路面對過壓威脅。
IR(IL) Maximum Reverse Leakage Current @VRWM 最大逆向漏電流。
VBR(VBD) Breakdown Voltage @IT 崩潰電壓。
IT Test Current 崩潰電流。
IF Forward Current 順向電流。
VF Forward Voltage @IF 順向電壓。
PPK(PPP) Peak Power Dissipation 峰值功率。
這是基於最大截止電壓和此時的峰值脈衝電流
C(CT) Max. Capacitance @VR=0 f=1MHz 電容。
電容器對於數據/訊號頻率越高的迴路,二極體的電容器對電路的干擾越大,形成噪音或衰減訊號強度,因此需要根據迴路的特性來決定所選元件的電容器範圍。高頻迴路一般選擇電容器應盡量小(電容量不大於3pF),而對電容器要求不高的迴路電容器選擇可高於30p
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