ESD测试标准和方法
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发布时间：2024-04-20 13:36
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时间：2024-10-06 19:58
深入解析：ESD测试标准与方法的全面指南
ESD防护测试，作为电子产品设计的重要环节，分为样品研究型与产品通过型两种模式。样品研究型主要通过TLP测试器件的性能表现，而产品通过型则通过HBM（Human Body Model）和CDM（Contact Discharge Model）等模型量化实际冲击。HBM模拟人体静电放电，常用模型包括100pF电容与1.5kΩ电阻，但这种模型具有一定的局限性，需要芯片承受正负静电应力，涵盖I/O至电源、I/O到I/O以及VDD到VSS等关键引脚的考验。
连接与准备
IN脚定义了电源、地、输入和输出的四个类别。ESD测试步骤精细入微，包括将连接器精确焊接在PCB上，并确保PIN引脚的正确引出。样品的准备与测试仪器的配置同样不可或缺。
故障诊断的艺术
测试结束后，判断器件是否受损的方法多样，如绝对漏电流超过1uA、相对I-V漂移达到30%或通过功能测试验证规格。对于系统级ESD，IEC 61000-4-2模型与JS-001有所区别，组件级测试在受控环境中可行，但在实际现场环境则需考虑系统的ESD额定值。
严格与宽松的对比
HBM与IEC 61000-4-2的测试差异主要体现在波形、雷击次数和峰值电流上。HBM较为宽松，适用于大多数情况，而IEC 61000-4-2则更为严谨，适用于那些要求更高标准的产品。
规范与实际应用
设备的ESD规范需根据具体应用需求进行调整。通常，设备遵循HBM测试，而IEC 61000-4-2设备则代表更严格的标准。然而，MM（Machine Model）测试，尽管在日本开发，由于其波形慢和对寄生效应敏感，已逐渐被CDM和HBM取代。尽管汽车客户可能会要求MM测试，但行业共识是，这并不一定能提升产品质量。现今，HBM和CDM是产品认证的主流选择，而MM测试已不被推荐。
CDM：内部充电转移的守护者
CDM模型针对IC内部电荷转移进行测试，模拟组装或运输过程中的电荷释放。在PCB生产线上，快速放电的ESD要求设备有效控制充电和放电。对于IC，CDM电流大且持续时间短，对内部电路保护构成挑战，需要高鲁棒性的保护器件。与HBM和MM不同，CDM路径可能导致纳米级CMOS工艺中薄栅氧化层受损。
应对挑战与解决方案
在0.8-和0.5-μm工艺中，输入缓冲器在CDM ESD测试中易受损害，即使有ESD保护，仍可能通过内部电路对MOS晶体管造成损害。解决策略包括增加额外的ESD元件，如双二极管网络。CDM测试的独特性要求精细控制充电时间、接地平面等参数，并在处理所有引脚应力后，仍需符合严格的标准。尽管存在测试结果的变异性，但通过电气建模和精确测量，我们可以有效控制这一问题。
未来与精确测量
提高测试的重复性和准确性是关键。使用高带宽示波器精确测量CDM波形，有助于减少系统间的差异。随着ESDA和JEDEC联合规范的发布，对CDM波形特性的要求将更加明确，这将进一步提升测试的科学性和可靠性。
ESD测试的标准化与精确实施，对于确保电子设备的稳定性和安全性至关重要，每个环节的精确把控都直接关系到产品的质量与用户信任。
