淺談電子設備類和電子器件類的靜電測試

范凌云 于彩成

（1.珠海格力電器股份有限公司標準管理部 廣東珠海 519070;2.江蘇永尚能源科技有限公司 江蘇無錫 214000）

淺談電子設備類和電子器件類的靜電測試

范凌云1于彩成2

（1.珠海格力電器股份有限公司標準管理部 廣東珠海 519070;2.江蘇永尚能源科技有限公司 江蘇無錫 214000）

靜電放電是一個復雜多變的隨機過程，同時靜電放電有許多不同的放電形式，產生靜電放電的靜電源多種多樣。根據不同場合靜電放電的主要特點可以建立相應的靜電放電模型來模擬靜電放電的主要特征，同時指定相應的測試方法，靜電測試分為電子設備級（系統級）靜電測試和電子器件級（元件級）靜電測試，其所用的測試方法和測試儀器都不相同。

靜電放電 (ESD)

目前我公司電子設備類有控制器、顯示器等，其靜電測試方法執行IEC 61000-4-2和GB/T 17626.2標準；電子器件有芯片、二極管、IC等，其靜電測試方法執行JEDEC JESD 22-A114E-2006和EIA JESD 22-A115-A-1997，本文依照上述標準，分別談談電子設備類和電子器件類的靜電測試方法和標準要求。

1 電子設備類（系統級）的靜電測試

對于電子設備類一般有兩種測試方法，分別為空氣放電和接觸放電。

（1）空氣放電

空氣放電是將試驗發生器的充電電極靠近設備并由火花對受試設備激勵放電的一種實驗方法。

（2）接觸放電

接觸放電是試驗發生器的電極保持與受試設備的接觸，并由發生器內的放電開關激勵的一種實驗方法。

空氣放電、接觸放電兩種測試方法的試驗等級如表1。

空氣放電、接觸放電兩種測試方法的靜電

放電發生器的簡圖如圖1所示。

圖1中的電路參數如下：

儲能電容C：150(1±10)%PF；

放電電阻Rd：330Ω；

充電電阻Rc：50～100M。

對于接觸放電，其電流輸出波形如圖2。

圖2中的波形參數如表2所示。

對于空氣放電而言是沒有標準波形的，其原因在于空氣放電模式下受到間隙周圍物理狀況、帶電體運動速度的影響很大，不具有可重復性，由于實際的靜電現象都與火花放電有關，所以測試標準更應該適當考慮空氣放電的情況。空氣放電雖然沒有標準波形，但其空氣放電峰值Ip、充電電壓Vc、電流上升時間t滿足經驗公式（1）。

從公式（1）可以看出：空氣放電電流峰值Ip與充電電壓Vc的比值，與電流上升時間的冪次方tε成正比，電流上升時間的指數ε取決于不同的靜電發生器。

接觸放電是優先使用的試驗方法，空氣放電則用在不能使用接觸放電的場合中。

目前我們對于控制器等靜電測試采取的是空氣放電測試方法，且要求帶電測試，且要求其靜電等級不小于4級，即通過15kV的靜電測試。

對于空調整機靜電測試要求，我們執行GB 4343.2-2009標準，采用空氣放電和接觸放電測試方法，且要求空氣放電滿足10kV的靜電測試，接觸放電滿足4kV的靜電測試。

2 關于電子器件類（元件級）的靜電測試

目前，從行業來說，建立電子器件靜電放電敏感度的通用方法是從三種常用于描述靜電放電特性的放電模式中，即人體模式（HBM）、機器模式（MM）、帶電器件模式（CDM）選用一種或多種模型，后根據產品的生產和使用環境選擇最合適的靜電等級對電子器件進行測試。對于電子器件類的靜電測試，其都屬于狹義上的“接觸放電”，下面先介紹三種模式。

2.1 人體模式

人體積累了靜電后接觸芯片，靜電會瞬間從芯片某個端口進入，再經由另一端口泄放至地，此過程會在幾百納秒（ns）內產生數安培的瞬間電流把芯片器件燒毀，即帶電人體對器件放電，導致器件損壞，放電途徑為：人體——器件——地。等效電路圖見圖3，其中人體等效電容定為100pF，等效放電電阻為1500Ω，其靜電等級見表3。

按JESD 22-A114規定的測試方法進行測試，圖3為典型測試線路圖。

先分別使用短接線、500Ω電阻修正測試波形使其滿足圖4、圖5和表4的要求。

要求通過短接線和500Ω電阻的電流波形應該滿足表4特性。

2.2 機器模式

在芯片制造過程中積累在機器手臂上的靜電電荷接觸芯片時通過芯片的管腳瞬間泄放靜電電流，即帶電設備對器件放電，導致器件損壞。放電途徑為：機器——器件——地。因大多數機器都是金屬制造，其機器放電模式的等效電阻（Rs）約為0Ω，但其等效電容（Cc）定為200pF。由于機器放電模式的等效電阻小，故其放電的過程更短，在幾納秒到幾十納秒之內產生數安培的瞬間電流。其靜電等級見表5。

按JESD 22-A115規定的測試方法進行測試，圖6為典型測試線路圖。

表1 試驗等級

表2 波形參數

表3 靜電等級

表4 通過短接線和500Ω電阻的電流波形參數（HBM）

表5 機器模式靜電等級

表6 通過短接線和500Ω電阻的電流波形參數（MM）

表7 帶電器件模型靜電等級

表8 參數對比

先分別使用短接線、500Ω電阻修正測試波形使其滿足圖7、圖8和表6的要求。

要求通過短接線和500Ω電阻的電流波形應該滿足表6特性。

2.3 帶電器件模型

芯片的制造和運輸過程中因摩擦生電積累靜電荷，但在靜電積累的過程中集成電路并未被損傷，當其管腳與地接觸的瞬間，芯片內部的靜電便會由經管腳向外泄放電流。該模式放電的時間更短，僅在幾納秒之內，而且很難真實模擬其放電現象。因為芯片內部的靜電會因芯片器件本身對地的等效電容而變，芯片擺放的角度以及芯片所用的封裝形式都會造成不同的等效電容，即帶電器件直接對地放電。放電途徑為：器件——地。其靜電等級見表7。

目前我們的電子器件靜電測試應用兩種模型：人體模型（HBM）、機器模型（MM）。

根據生產線的靜電環境和參考相關標準要求，對于電子器件的靜電等級需滿足：

人體模型：至少滿足2級要求，即大于2000V要求；

機器模型：至少滿足M3級要求，即大于200V要求。

3 元器件與系統級別的抗靜電人體模式對比

關于電子器件類（元件級）器件靜電測試依據國標GJB 548B-2005《微電子器件試驗方法和程序》，其檢驗IC的抗靜電人體模式要求如圖9。

圖1 靜電放電發生器簡圖

圖2 靜電放電發生器輸出電流的典型波形

圖3 人體模式典型測試線路圖

圖5 通過500Ω電阻的電流波形（HBM）

電子設備類（系統級）的靜電測試依據國標GB/T 17626.2-2006《電磁兼容 試驗和測量技術靜電放電抗擾度試驗》，其檢驗系統級電子產品所依據的要求如圖10。

根據圖9、圖10得出具體試驗電路和參數對比，見表8。

圖4 通過短接線的電流波形（HBM）

放電峰值電流比較如圖11和表9。

從上述比較可看出系統級別的人體模式靜電測試峰值放電電流大概是元器件級別的5～6倍。所以我們必須針對不同的試驗對象使用不同

的試驗方法才能對應其試驗等級對試驗對象進行合理的分類和評判。

4 結束語

靜電測試是電子設備和電子器件類中一項重要的安全檢測項目，由于靜壓等級不符合標準要求而發生器件損壞的事例屢見不鮮，所以對電子設備和電器件的靜電放電敏感性和防護水平的評估非常必要，本文分別從電子設備（系統級）、電子器件（元件級）方面，簡單闡述了兩者靜電測試的原理、方法和等級等各方面的不同，希望能為靜電測試方面帶來一些啟迪。

表9 放電峰值電流對比

圖6 機器模式典型測試線路圖

圖7 通過短接線的400V電壓放電電流波形（MM）

圖8 通過500Ω電阻的400V電壓放電電流波形（MM）

圖9 電子器件類（元件級）器件靜電測試原理圖（詳細測試步驟見GJB 548B-2005的PDF文檔313～316）

[1] IEC 61000-4-2《電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗》(國際電磁兼容)

[2] JEDEC JESD22-A114E《人體模式(HBM)靜電放電敏感測試》(美國綜合)

[3] EIA JESD22-A115-A-1997《機器模式(MM)靜電放電敏感測試》(美國綜合)

[4] GB/T 17626.2《電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗》

[5] GJB 548B《微電子器件試驗方法和程序》

The analysis on electrostatic discharge test for electronic equipment and electronic component

FAN Lingyun1YU Caicheng2
(1.GREE Electric Appliances.INC.of Zhuhai Zhuhai 519070；2.Jiangsu YongShang Energy Technology Co., Ltd. Wuxi 214000)

Electrostatic discharge is a variational and stochastic process. It has many kinds of static electricity discharges and Electrostatic source. There are several models and test methods of Electrostatic discharge, use for simulating static electricity discharges. Electrostatic discharge test has two test methods for electronic equipment and for electronic component. They have different test methods and test equipment.

Electrostatic discharge (ESD)

圖10 電子設備類（系統級）的靜電測試原理圖（詳細測試見GB/T 17626.2-2006）

圖11 放電峰值電流波形