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靜電放電(ESD)的模型以及工業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
日期：2025-04-19 18:50
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摘要：
靜電放電(ESD)的模型以及工業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
因ESD產(chǎn)生的原因及其放電的方式不同，ESD目前大體上被分為下列四類:
(1) 人體放電模型 (Human-Body Model, HBM)
(2) 機(jī)器放電模型 (Machine Model, MM)
(3) 元件充電模型 (Charged-Device Model, CDM)
(4) 電場(chǎng)感應(yīng)模型 (Field-Induced Model, FIM)
下面是四類靜電放電現(xiàn)象詳加說明，并比較各類放電現(xiàn)象的電流大小
1 人體放電模型 (Human-Body Model, HBM) :
人體放電模型(HBM)的ESD是指因人體在地上走動(dòng)摩擦或其他因素在人體上已累積了靜電，當(dāng)此人去碰觸到IC
時(shí)，人體上的靜電便會(huì)經(jīng)由IC的腳(pin)而進(jìn)入IC內(nèi)，再經(jīng)由IC放電到地去，如圖2.1-1(a)所示。此放電的過程會(huì)在短到幾百毫微秒(ns)的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生數(shù)安培的瞬間放電電流，此電流會(huì)把IC內(nèi)的元件給燒毀。不同HBM靜電電壓相對(duì)產(chǎn)生的瞬間放電電流與時(shí)間的關(guān)系。對(duì)一般商用IC的2-KV ESD放電電壓而言，其瞬間放電電流的尖峰值大約是1.33 安培。
人體放電模型(HBM)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試等效電路和耐壓能力等級(jí)分類
2 機(jī)器放電模型 (Machine Model, MM)
機(jī)器放電模型的ESD是指機(jī)器(例如機(jī)械手臂)本身累積了靜電，當(dāng)此機(jī)器去碰觸到IC時(shí)，該靜電便經(jīng)由IC的pin放電。此機(jī)器放電模式的工業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為 EIAJ-IC-121 method20，其等效電路圖如圖所示:
機(jī)器放電模型(MM)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試等效電路及其耐壓能力等級(jí)分類
因?yàn)榇蠖鄶?shù)機(jī)器都是用金屬制造的，其機(jī)器放電模型的等效電阻為0Ω，但其等效電容定為200pF。由于機(jī)器放電模型的等效電阻為0，故其放電的過程更短，在幾毫微秒到幾十毫微秒之內(nèi)會(huì)有數(shù)安培的瞬間放電電流產(chǎn)生。有關(guān)2-KV HBM與200-V MM的放電電流比較，顯示于圖中。
雖然HBM的電壓2 KV比MM的電壓200V來得大，但是200-V MM的放電電流卻比2-KV HBM的放電電流來得大很多，因此機(jī)器放電模式對(duì)IC的破壞力更大。在圖中，該200-V MM的放電電流波形有上下振動(dòng)(Ring)的情形，是因?yàn)闇y(cè)試機(jī)臺(tái)導(dǎo)線的雜散等效電感與電容互相耦合而引起的。
人體放電模型(2-KV) 與機(jī)器放電模型(200V) 放電電流的比較圖另外在國際電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (EIA/JEDEC STANDARD) 中，亦對(duì)此機(jī)器放電模型訂定測(cè)試規(guī)范 (EIA/JESD22-A115-A)，詳細(xì)情形請(qǐng)參閱該工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
3 元件充電模型 (Charged-Device Model, CDM)
此放電模式是指IC先因摩擦或其他因素而在IC內(nèi)部累積了靜電，但在靜電累積的過程中IC并未被損傷。此帶有靜電的IC在處理過程中，當(dāng)其pin去碰觸到接地面時(shí)，IC內(nèi)部的靜電便會(huì)經(jīng)由pin自IC內(nèi)部流出來，而造成了放電的現(xiàn)象。
此種模型的放電時(shí)間更短，僅約幾毫微秒之內(nèi)，而且放電現(xiàn)象更難以真實(shí)的被模擬。因?yàn)镮C內(nèi)部累積的靜電會(huì)因IC元件本身對(duì)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(huì)造成不同的等效電容。由于具有多項(xiàng)變化因素難定，因此，有關(guān)此模型放電的工業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)仍在協(xié)議中，但已有此類測(cè)試機(jī)臺(tái)在銷售中。該元件充電模型(CDM) ESD可能發(fā)生的原因及放電的情形顯示于下面圖中。該元件充電模型靜電放電的等效電路圖顯示下面電路等效圖中。
Charged-Device Mode靜電放電可能發(fā)生的情形。IC自IC管中滑出后，帶電的IC腳接觸接到地面而形成放電現(xiàn)象。
4 電場(chǎng)感應(yīng)下面(Field-Induced Model, FIM)
此FIM模型的靜電放電發(fā)生是因電場(chǎng)感應(yīng)而起的。當(dāng)IC因輸送帶或其他因素而經(jīng)過一電場(chǎng)時(shí)，其相對(duì)極性的電荷可能會(huì)自一些IC腳而排放掉，等IC通過電場(chǎng)之后，IC本身便累積了靜電荷，此靜電荷會(huì)以類似CDM的模式放電出來。有關(guān)FIM的放電模型早在雙載子(bipolar)電晶體時(shí)代就已被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今已有工業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。在國際電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(EIA/JEDEC STANDARD) 中，亦已對(duì)此電場(chǎng)感應(yīng)模型訂定測(cè)試規(guī)范 (JESD22-C101)，詳細(xì)情形請(qǐng)參閱該工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于靜電放電(ESD)的模型以及工業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)問題，本文有比較詳盡的解釋，希望對(duì)廣大讀者有所幫助。
如想了解靜電放電發(fā)生器的詳細(xì)資料，可點(diǎn)擊鏈接：www.dgzhongsheng.com/ProductShow.asp。
因ESD產(chǎn)生的原因及其放電的方式不同，ESD目前大體上被分為下列四類:
(1) 人體放電模型 (Human-Body Model, HBM)
(2) 機(jī)器放電模型 (Machine Model, MM)
(3) 元件充電模型 (Charged-Device Model, CDM)
(4) 電場(chǎng)感應(yīng)模型 (Field-Induced Model, FIM)
下面是四類靜電放電現(xiàn)象詳加說明，并比較各類放電現(xiàn)象的電流大小
1 人體放電模型 (Human-Body Model, HBM) :
人體放電模型(HBM)的ESD是指因人體在地上走動(dòng)摩擦或其他因素在人體上已累積了靜電，當(dāng)此人去碰觸到IC
時(shí)，人體上的靜電便會(huì)經(jīng)由IC的腳(pin)而進(jìn)入IC內(nèi)，再經(jīng)由IC放電到地去，如圖2.1-1(a)所示。此放電的過程會(huì)在短到幾百毫微秒(ns)的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生數(shù)安培的瞬間放電電流，此電流會(huì)把IC內(nèi)的元件給燒毀。不同HBM靜電電壓相對(duì)產(chǎn)生的瞬間放電電流與時(shí)間的關(guān)系。對(duì)一般商用IC的2-KV ESD放電電壓而言，其瞬間放電電流的尖峰值大約是1.33 安培。
| CLASSIFICATION | Sensitivity |
| Class 1 | 0 to 1,999 Volts |
| Class 2 | 2,000 to 3,999 Volts |
| Class 3 | 4,000 to 15,999 Volts |
人體放電模型(HBM)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試等效電路和耐壓能力等級(jí)分類
2 機(jī)器放電模型 (Machine Model, MM)
機(jī)器放電模型的ESD是指機(jī)器(例如機(jī)械手臂)本身累積了靜電，當(dāng)此機(jī)器去碰觸到IC時(shí)，該靜電便經(jīng)由IC的pin放電。此機(jī)器放電模式的工業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為 EIAJ-IC-121 method20，其等效電路圖如圖所示:
| CLASS | STRESS LEVELS |
| M0 | 0 to <50V |
| M1 | 50 to <100V |
| M2 | 100 to <200V |
| M3 | 200 to <400V |
| M4 | 400 to <800V |
| M5 | >800V |
機(jī)器放電模型(MM)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試等效電路及其耐壓能力等級(jí)分類
因?yàn)榇蠖鄶?shù)機(jī)器都是用金屬制造的，其機(jī)器放電模型的等效電阻為0Ω，但其等效電容定為200pF。由于機(jī)器放電模型的等效電阻為0，故其放電的過程更短，在幾毫微秒到幾十毫微秒之內(nèi)會(huì)有數(shù)安培的瞬間放電電流產(chǎn)生。有關(guān)2-KV HBM與200-V MM的放電電流比較，顯示于圖中。
雖然HBM的電壓2 KV比MM的電壓200V來得大，但是200-V MM的放電電流卻比2-KV HBM的放電電流來得大很多，因此機(jī)器放電模式對(duì)IC的破壞力更大。在圖中，該200-V MM的放電電流波形有上下振動(dòng)(Ring)的情形，是因?yàn)闇y(cè)試機(jī)臺(tái)導(dǎo)線的雜散等效電感與電容互相耦合而引起的。
人體放電模型(2-KV) 與機(jī)器放電模型(200V) 放電電流的比較圖另外在國際電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (EIA/JEDEC STANDARD) 中，亦對(duì)此機(jī)器放電模型訂定測(cè)試規(guī)范 (EIA/JESD22-A115-A)，詳細(xì)情形請(qǐng)參閱該工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
3 元件充電模型 (Charged-Device Model, CDM)
此放電模式是指IC先因摩擦或其他因素而在IC內(nèi)部累積了靜電，但在靜電累積的過程中IC并未被損傷。此帶有靜電的IC在處理過程中，當(dāng)其pin去碰觸到接地面時(shí)，IC內(nèi)部的靜電便會(huì)經(jīng)由pin自IC內(nèi)部流出來，而造成了放電的現(xiàn)象。
此種模型的放電時(shí)間更短，僅約幾毫微秒之內(nèi)，而且放電現(xiàn)象更難以真實(shí)的被模擬。因?yàn)镮C內(nèi)部累積的靜電會(huì)因IC元件本身對(duì)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(huì)造成不同的等效電容。由于具有多項(xiàng)變化因素難定，因此，有關(guān)此模型放電的工業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)仍在協(xié)議中，但已有此類測(cè)試機(jī)臺(tái)在銷售中。該元件充電模型(CDM) ESD可能發(fā)生的原因及放電的情形顯示于下面圖中。該元件充電模型靜電放電的等效電路圖顯示下面電路等效圖中。
Charged-Device Mode靜電放電可能發(fā)生的情形。IC自IC管中滑出后，帶電的IC腳接觸接到地面而形成放電現(xiàn)象。
4 電場(chǎng)感應(yīng)下面(Field-Induced Model, FIM)
此FIM模型的靜電放電發(fā)生是因電場(chǎng)感應(yīng)而起的。當(dāng)IC因輸送帶或其他因素而經(jīng)過一電場(chǎng)時(shí)，其相對(duì)極性的電荷可能會(huì)自一些IC腳而排放掉，等IC通過電場(chǎng)之后，IC本身便累積了靜電荷，此靜電荷會(huì)以類似CDM的模式放電出來。有關(guān)FIM的放電模型早在雙載子(bipolar)電晶體時(shí)代就已被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今已有工業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。在國際電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(EIA/JEDEC STANDARD) 中，亦已對(duì)此電場(chǎng)感應(yīng)模型訂定測(cè)試規(guī)范 (JESD22-C101)，詳細(xì)情形請(qǐng)參閱該工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于靜電放電(ESD)的模型以及工業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)問題，本文有比較詳盡的解釋，希望對(duì)廣大讀者有所幫助。
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