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静电放电(ESD)的模型以及工业测试标准,因ESD产生的原因及其放电的方式不同,ESD目前大体上被分为下列四类:
(1) 人体放电模型 (Human-Body Model, HBM)
(2) 机器放电模型 (Machine Model, MM)
(3) 元件充电模型 (Charged-Device Model, CDM)
(4) 电场感应模型 (Field-Induced Model, FIM)


下面是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 人体放电模型 (Human-Body Model, HBM) :
人体放电模型(HBM)的ESD是指因人体在地上走动摩擦或其他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内的元件给烧毁。不同HBM静电电压相对产生的瞬间放电电流与时间的关系。对一般商用IC的2-KV ESD放电电压而言,其瞬间放电电流的尖峰值大约是1.33 安培。

静电放电

  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(ren)体放(fang)电(dian)模型(HBM)的工业(ye)标准(zhun)测(ce)试等效电(dian)路(lu)和(he)耐压(ya)能力等级分类


2 机器放电模型 (Machine Model, MM)
机器放电模型的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 method20,其等效电路图如图所示:

电路图

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

机器放电模型(MM)的工业标准测试等效电路及其耐压能力等级分类:
     因为大多数机器都是用金属制造的,其机器放电模型的等效电阻为0Ω,但其等效电容定为200pF。由于机器放电模型的等效电阻为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2-KV HBM与200-V MM的放电电流比较,显示于图中。


虽然HBM的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)压2 KV比MM的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)压200V来得大(da),但是200-V MM的(de)(de)(de)放(fang)电(dian)(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)却比2-KV HBM的(de)(de)(de)放(fang)电(dian)(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)来得大(da)很(hen)多,因(yin)此机器(qi)放(fang)电(dian)(dian)(dian)(dian)模式对IC的(de)(de)(de)破坏力更大(da)。在图中,该200-V MM的(de)(de)(de)放(fang)电(dian)(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)波形(xing)有上下振动(Ring)的(de)(de)(de)情形(xing),是因(yin)为测试机台导线(xian)的(de)(de)(de)杂散等(deng)效(xiao)电(dian)(dian)(dian)(dian)感(gan)与电(dian)(dian)(dian)(dian)容互相耦(ou)合(he)而引起的(de)(de)(de)。

机器放电模型

    人(ren)体放(fang)(fang)电模型(xing)(2-KV) 与机器放(fang)(fang)电模型(xing)(200V) 放(fang)(fang)电电流的比较图另外在国际电子工业(ye)标准 (EIA/JEDEC STANDARD) 中(zhong),亦对此机器放(fang)(fang)电模型(xing)订(ding)定测试规范(fan) (EIA/JESD22-A115-A),详细情(qing)形请参阅该工业(ye)标准。


3、 元件充电模型 (Charged-Device Model, CDM)
此放电模式是指IC先因摩擦或其他因素而在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。
此种模型的放电时间更短,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元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,有关此模型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。该元件充电模型(CDM) ESD可能发生的原因及放电的情形显示于下面图中。

电路等效图

    Charged-Device Mode静电(dian)(dian)放电(dian)(dian)可能发生(sheng)的情形。IC自(zi)IC管(guan)中滑(hua)出后,带(dai)电(dian)(dian)的IC脚接触接到地(di)面而形成放电(dian)(dian)现象。

放电现象

4 、电场感应下面(Field-Induced Model, FIM)
       此FIM模型的静电放电发生是因电场感应而起的,当IC因输送带或其他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的放电模型早在双载子(bipolar)电晶体时代就已被发现,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型订定测试规范 (JESD22-C101),详细情形请参阅该工业标准。