ESD的模式以及工业测试标准
📌 文章核心导读
因ESD产生的原因及其对集成电路放电的方式不同，ESD目前分类为下列四类：（1）人体放电模式（Human-Body Model，HBM）（2）机器放电模式（Machine Model，MM）（3）组件充电模式（Charged-Device Model，CDM）（4）电场感应模式（Field-Induced Model，FIM）本节对此四类静电放电现象详加说明，并比较各类放电现象的电流大小。1. 人
因ESD产生的原因及其对集成电路放电的方式不同，ESD目前分类为下列四类：
（1）人体放电模式（Human-Body Model，HBM）
（2）机器放电模式（Machine Model，MM）
（3）组件充电模式（Charged-Device Model，CDM）
（4）电场感应模式（Field-Induced Model，FIM）
本节对此四类静电放电现象详加说明，并比较各类放电现象的电流大小。
1. 人体放电模式（Human-Body Model，HBM）：
人体放电模式（HBM）的ESD是指因人体在地上走动磨擦或其它因素在人体上已累积了静电，当此人去碰触到IC时，人体上的静电便会经由IC的脚（pin）而进入IC内，再经由IC放电到地去，如图1.1（a）所示。此放电的过程会在短到几百毫微秒（ns）的时间内产生数安培的瞬间放电电流，此电流会把IC内的组件给烧毁。不同HBM静电电压相对产生的瞬间放电电流与时间的关系显示于图1.1（b）。对一般商用IC的2KV ESD放电电压而言，其瞬间放电电流的尖峰值大约是1.33A。
有关于HBM的ESD已有工业测试的标准，为现今各国用来判断IC之ESD可靠度的重要依据。图1.2显示此工业标准（MIL-STD-883C method 3015.7）的等效电路图，其中人体的等效电容定为100pF，人体的等效放电电阻定为1.5KΩ。另外在国际电子工业标准（EIA/JEDEC STANDARD<svg width="10px" height="10px" viewBox="0 0 16 16" class="ZDI ZDI--FourPointedStar16 css-1dvsrp" fill="currentColor">
2． 机器放电模式（Machine Model，MM）
机器放电模式的ESD是指机器（例如机械手臂）本身累积了静电，当此机器去碰触到IC时，该静电便经由IC的pin放电。此机器放电模式的工业测试标准为EIAJ-IC-121 method 20，其等效电路图如图2.1所示。
因为大多数机器都是用金属制造的，其机器放电模式的等效电阻为0Ω，但其等效电容定为200pF。由于机器放电模式的等效电阻为0，故其放电的过程更短，在几毫微秒到几十毫微秒之内会有数安培的瞬间放电电流产生。有关2KV HBM与200V MM的放电电流比较，显示于图2.2中。
虽然HBM的电压2KV比MM的电压200V来得大，但是200V MM的放电电流却比2KV HBM的放电电流来得大很多，因此机器放电模式对IC的破坏力更大。在图2.2中，该200V MM的放电电流波形有上下振动（Ring）的情形，是因为测试机台导线的杂散等效电感与电容互相耦合而引起的。
另外在国际电子工业标准（EIA/JEDEC STANDARD）中，亦对此机器放电模式订定测试规范（EIA/JESD22-A115-A），详细情形请参阅该工业标准。
3. 组件充电模式（Charged-Device Model，CDM）
此放电模式是指IC先因磨擦或其它因素而在IC内部累积了静电，但在静电累积的过程中IC并未被损伤。此带有静电的IC在处理过程中，当其pin去碰触到接地面时，IC内部的静电便会经由pin自IC内部流出来，而造成了放电的现象。
此种模式的放电时间更短，仅约几毫微秒之内，而且放电现象更难以真实的被模拟。因为IC内部累积的静电会因IC组件本身对地的等效电容而变，IC摆放的角度与位置以及IC所用的包装型式都会造成不同的等效电容。由于具有多项变化因素难定，因此，有关此模式放电的工业测试标准仍在协议中，但已有此类测试机台在销售中。该组件充电模式（CDM）ESD可能发生的原因及放电的情形显示于图3.1（a）与图3.1（b）中。该组件充电模式静电放电的等效电路图显示于图3.2（a）中。IC在名种角度摆放下的等效电容值显示于图3.2（b）中，此电容值会导致不同的静电电量累积于IC内部。
IC自IC管中滑出后，带电的IC脚接触接到地面而形成放电现象。
IC自IC管中滑出后，IC脚朝上，但经由接地的金属工具而放电。
有关2KV HBM，200V MM，与1KV CDM的放电电流比较，显示于图3.3中。其中，该1KV CDM的放电电流在不到1ns的时间内，便已冲到约15A的尖峰值，但其放电的总时段约在10ns的时间内便结束。此种放电现象更易造成集成电路的损伤。
4. 电场感应模式（Field-Induced Model，FIM）
此FIM模式的静电放电发生是因电场感应而起的。当IC因输送带或其它因素而经过一电场时，其相对极性的电荷可能会自一些IC脚而排放掉，等IC通过电场之后，IC本身便累积了静电荷，此静电荷会以类似CDM的模式放电出来。有关FIM的放电模式早在双载流子（bipolar）晶体管时代就已被发现，现今已有工业测试标准。在国际电子工业标准（EIA/JEDEC STANDARD）中，亦已对此电场感应模式订定测试规范（JESD22-C101），详细情形请参阅该工业标准。
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