关于ESD静电放电测试

#ESD静电测试#

静电放电（ESD）是导致所有电子元器件或集成电路系统遭受过度电应力（EOS）破坏的主要原因。静电在瞬间产生的高电压（>几千伏）对电路造成毁灭性和永久性损害。因此，国际上早已对静电放电展开研究，并制定了电子产品规范化的测试标准《IEC61000-4-2》。

ESD产生方式

ESD产生的原因较多，对于集成电路电子元件产品，常见的ESD 被分类为下列三类，分别是：人体放电模式(HBM, Human Body Model),机器放电模式(MM, Machine Model)以及元件充电模式(CDM, Charge Device Model)。

人体放电模式(HBM, Human Body Model)

指人体通过磨擦或其他原因积累了静电，而静电没有释放时，当人碰触到电子元件时，人体积累的静电便会经由电子元件的管脚进入电子元件内，再经由电子元件放电到地。该模型表征人体带电接触元件放电，人体等效电阻定为1.5k，人体等效电容定为100pF。

HBM的电流波形如下图中所示，对于消费类电子产品一般要通过2kV的 HBM ESD电压，通常电流峰值在1.2A-1.48A左右，电流上升时间在2-10ns，电流持续时间在130ns-170ns之间，放电速度非常快。

HBM ESD敏感元器件静电敏感度等级，参-001标准共分为九个等级。

机器放电模式(MM, Machine Model)

用于模拟带电导体在电子元件上产生静电放电。是指机器（例如机械手臂）本身积累了静电，当此机器碰触IC时，该静电便经由IC的PIN脚放电。该放电过程持续时间较短、电流较大。由于机器多为金属，金属的阻抗可以认为是0，所以机器放电模式中的等效电阻为0，等效电容定为200pF，并且相比于HBM, 等效电路中多出了一个电感。

机器模式下电流波形见下图，因为机器在放电模式下不存在电阻，所以放电过程较短，储电电容比人体模式大，从几个ns至几十个ns之间，会出现几安放电电流。相同电压下，机器模式产生的放电电流比人体模式更大，对元器件的破坏性远大于人体模式。

MM ESD敏感元器件静电敏感度等级，参考JEDEC标准共分为三个等级。

元件充电模式(CDM, Charge Device Model)  

由于摩擦或其他原因，电子元件在生产运输过程中积累了静电，但由于没有快速释放电荷，因此没有受到损伤。这种带有静电的元件的管脚接近或者触碰到导体或人体时，元件内部的静电便会瞬间放电，此种模式的放电时间可能只在几ns内。

CDM ESD放电时间更短、电流峰值更高，导致器件承受的ESD应力更大，相比于前两种模式，CDM更容易导致IC损坏。

CDM ESD敏感元器件静电敏感度等级，参-002标准共分为五个等级。

金鉴是LED领域中技术能力最全面、知名度最高的第三方检测机构之一，围绕高质量LED产品的诞生，从外延片生产、芯片制作、器件封装到LED驱动电源、灯具等产品应用环节，从LED原材料、研发和生产工艺角度，为客户提供以失效分析为核心，以材料表征、参数测试、可靠性验证、来料检验和工艺管控为辅的一站式LED行业解决方案。
实验设备

金鉴配备有ESD-1000 LED抗静电能力自动测试系统。它由EMS61000-2A静电放电发生器、静电测试平台和可编程LED专用精密测试电源组成，是针对LED静电敏感等级判定要求及特点的自动分析测试系统。该系统具备LED静电，正向电压、反向漏电流测试等功能，可实现LED静电敏感等级的快速判定和筛选。提供测试软件平台；动态显示测试信息；可编辑、保存、预设测试参数，测试结束可生成、打印测试报告。

ESD-1000可依据IEC61000-4-2，GB/T17626.2等标准实现LED静电敏感等级判定的自动分析测试。可实现LED静电，正向电压、反向漏电流等一体化测试。

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/330（IEC）

放电模式

1.接触放电：在接触放电中,发生放电之前,ESD发生器的放电电极的尖端应与 DUT 接触。可导电的金属面。

2.空气放电：在空气放电中,放电电极充电到试验电压,然后以规定的速度接近 DUT,当放电尖端足够接近 DUT 时,放电尖端和试验点之间的电介质材料被击穿,通过电弧放电。开槽处、缝隙和绝缘面等。

关于ESD的常识

1)NMOS我们通常都能看到比较好的特性，但是实际上PMOS很难有特性，而且PMOS耐ESD的特性普遍比NMOS好，这个道理同HCI效应，主要是因为NMOS击穿时候产生的是电子，迁移率很大，所以Isub很大容易使得Bulk/Source正向导通，但是PMOS就难咯。

2) Trigger电压/Hold电压: Trigger电压当然就是之前将的的第一个拐点(Knee-point)，寄生BJT的击穿电压，而且要介于BVCEO与BVCBO之间。

而Hold电压就是要维持持续ON，但是又不能进入栅锁(Latch-up)状态，否则就进入二次击穿(热击穿)而损坏了。还有个概念就是二次击穿电流，就是进入Latch-up之后I^2*R热量骤增导致硅融化了，而这个就是要限流，可以通过控制W/L，或者增加一个限流高阻， 最简单最常用的方法是拉大Drain的距离/拉大SAB的距离(ESD rule的普遍做法)。