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静电放电(ESD)的模型以及工业测试标准
日期：2024-11-20 13:30
浏览次数：24849
摘要：
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2.1-1(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。
人体放电模型(HBM)的工业标准测试等效电路和耐压能力等级分类
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:
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的电压2 KV比MM的电压200V来得大，但是200-V MM的放电电流却比2-KV 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。在图中，该200-V 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。
人体放电模型(2-KV) 与机器放电模型(200V) 放电电流的比较图另外在国际电子工业标准 (EIA/JEDEC STANDARD) 中，亦对此机器放电模型订定测试规范 (EIA/JESD22-A115-A)，详细情形请参阅该工业标准。
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。该元件充电模型静电放电的等效电路图显示下面电路等效图中。
Charged-Device Mode静电放电可能发生的情形。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。
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。
对于静电放电(ESD)的模型以及工业测试标准问题，本文有比较详尽的解释，希望对广大读者有所帮助。
如想了解静电放电发生器的详细资料，可点击链接：www.dgzhongsheng.com/ProductShow.asp。
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2.1-1(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。
| 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 |
人体放电模型(HBM)的工业标准测试等效电路和耐压能力等级分类
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:
| 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的电压2 KV比MM的电压200V来得大，但是200-V MM的放电电流却比2-KV 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。在图中，该200-V 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。
人体放电模型(2-KV) 与机器放电模型(200V) 放电电流的比较图另外在国际电子工业标准 (EIA/JEDEC STANDARD) 中，亦对此机器放电模型订定测试规范 (EIA/JESD22-A115-A)，详细情形请参阅该工业标准。
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。该元件充电模型静电放电的等效电路图显示下面电路等效图中。
Charged-Device Mode静电放电可能发生的情形。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。
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。
对于静电放电(ESD)的模型以及工业测试标准问题，本文有比较详尽的解释，希望对广大读者有所帮助。
如想了解静电放电发生器的详细资料，可点击链接：www.dgzhongsheng.com/ProductShow.asp。
