靜電放電即ESD(Electro-Staticdischarge)，是指具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移。ESD是20世紀(jì)中期以來(lái)形成的以研究靜電的產(chǎn)生、危害及靜電防護(hù)等的學(xué)科。因此，國(guó)際上習(xí)慣將用于靜電防護(hù)的器材統(tǒng)稱(chēng)為ESD。

ESD產(chǎn)生的原因多種多樣，對(duì)集成電路放電的方式也有所不同。為了保證集成電路產(chǎn)品的良率，提高可靠性，需要對(duì)集成電路ESD防護(hù)能力進(jìn)行測(cè)試。一般可分為兩類(lèi)：樣品研究型測(cè)試和產(chǎn)品通過(guò)型測(cè)試。(1)樣品研究型測(cè)試：在芯片的研發(fā)階段，與ESD防護(hù)研究最為相關(guān)的是防護(hù)器件的功能測(cè)試。此階段的測(cè)試廣泛采用傳輸線(xiàn)脈沖技術(shù)(TLP)。通過(guò)

TLP測(cè)試，可以獲得防護(hù)器件的關(guān)鍵性能參數(shù)，便于在生產(chǎn)制造過(guò)程中調(diào)整相關(guān)的設(shè)計(jì)，從根本上提高產(chǎn)品的ESD防護(hù)能力，保證良率。(2)在產(chǎn)品通過(guò)型測(cè)試中，為了更好地量化不同情形下的ESD沖擊，一般分為五種不同的模型。包括工業(yè)界作為產(chǎn)品片上ESD等級(jí)衡量標(biāo)準(zhǔn)的：HBM、CDM、MM模型和針對(duì)板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)ESD防護(hù)的IEC(International electrotechnical commission)模型和HMM人體金屬模型(Human metal model)。一、 HBM模型：人體因摩擦等原因帶上一定的靜電荷之后，與集成電路的某些引腳接觸且集成電路的另一部分引腳恰巧接觸到地時(shí)，人體上的靜電荷就會(huì)流經(jīng)集成電路進(jìn)入大地。人體能貯存一定的電荷，所以人體明顯地存在電容。

人體也有電阻，這電阻依賴(lài)于人體肌肉的彈性、水份、接觸電阻等因素。大部分研究人員認(rèn)為電容器串一電阻是較為合理的電氣模型,。早在1962年，美國(guó)國(guó)家礦務(wù)局測(cè)得22人次人體電容范圍為95～398PF，平均電容值為240，100次試驗(yàn)測(cè)得手與手之間的平均電阻為4000Ω。這些數(shù)據(jù)為建立了人體模型起了一個(gè)好的開(kāi)端，做過(guò)一些修改之后，用在電子工業(yè)中建立早期的模擬電路。Kirk等人測(cè)得人體電容值的范圍為132-190PF。人體電阻值為87-190Ω。為了求得一致，美國(guó)海軍1980年提出了一個(gè)電容值為100PF，電阻為1.5kΩ的所謂“標(biāo)準(zhǔn)人體模型”。Human-Body Model and Electrostatic Discharge (ESD) Tests - In Compliance Magazine。這一標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛采用，但在后來(lái)也遇到一些問(wèn)題。HBM模型放電時(shí)間長(zhǎng)，峰值電流小，大約在幾百納秒的時(shí)間里產(chǎn)生數(shù)安培的瞬間放電電流。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，這個(gè)瞬間的大電流足以對(duì)集成電路芯片造成損壞。

在電子行業(yè)中，評(píng)估IC的抗靜電放電(ESD)能力至關(guān)重要。為了深入了解電子元器件的靜電敏感度或耐壓值，專(zhuān)業(yè)人員需采用特定的測(cè)試方法來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)估。這一過(guò)程涉及到一個(gè)專(zhuān)門(mén)的測(cè)試組合，旨在全面考察IC在靜電環(huán)境下的表現(xiàn)。

1.1 I/O Pin的靜電放電測(cè)試

靜電的累積可能呈現(xiàn)正電荷或負(fù)電荷，因此，針對(duì)同一IC引腳，靜電放電測(cè)試包含正負(fù)兩種極性。對(duì)于每個(gè)I/O(輸入或輸出)引腳，都會(huì)進(jìn)行HBM與MM靜電放電測(cè)試，以評(píng)估IC的抗靜電能力。具體而言，存在以下四種ESD測(cè)試組合，其等效電路示意圖也已提供。

圖 1

(1)PS-mode模式：將VSS腳接地，此時(shí)正極性的靜電放電電壓會(huì)出現(xiàn)在I/O腳對(duì)VSS腳的放電過(guò)程中，同時(shí)確保VDD與其他引腳懸空;

(2)NS-mode模式：同樣地，將VSS腳接地，但此次是負(fù)極性的靜電放電電壓出現(xiàn)在I/O腳對(duì)VSS腳的放電中，同樣保持VDD與其他引腳懸空;

(3)PD-mode模式：將VDD腳接地，正極性的靜電放電電壓會(huì)作用于I/O腳對(duì)VDD腳的放電過(guò)程中，期間確保VSS與其他引腳懸空;

(4)ND-mode模式：在VDD腳接地的情況下，負(fù)極性的靜電放電電壓會(huì)出現(xiàn)在I/O腳對(duì)VDD腳的放電時(shí)，此時(shí)僅需確保VDD與其他引腳懸空。

1.2 Pin-to-Pin靜電放電測(cè)試方法

研究?jī)?nèi)容：

在集成電路(IC)中，靜電放電現(xiàn)象可能發(fā)生在任何兩只引腳之間。當(dāng)這兩只引腳之間沒(méi)有直接相關(guān)的電路時(shí)，它們通常僅通過(guò)VDD與VSS電源線(xiàn)相連。當(dāng)ESD事件發(fā)生在兩個(gè)不相連的IC引腳之間時(shí)，靜電放電電流會(huì)通過(guò)電路的一部分流向VDD或VSS電源線(xiàn)，再經(jīng)由電源線(xiàn)流向另一只IC引腳，最終流出IC。如果要對(duì)每一對(duì)IC引腳都進(jìn)行測(cè)試，那么對(duì)于一個(gè)40引腳的IC，將需要進(jìn)行多達(dá)1560種不同的ESD測(cè)試組合，這顯然會(huì)浪費(fèi)大量的測(cè)試時(shí)間。因此，我們提出了一種改進(jìn)的測(cè)試方法，即所謂的Pin-to-Pin測(cè)試。這種方法將根據(jù)靜電放電的正負(fù)極性分為兩種不同的測(cè)試模式。

圖2展示了兩種不同的Pin-to-Pin測(cè)試模式。在Positive-mode下，某一I/O腳上會(huì)出現(xiàn)正的ESD電壓，而此時(shí)所有其他I/O腳都同時(shí)接地，VDD腳與VSS腳則保持懸空狀態(tài)。而在Negative-mode下，某一I/O腳上會(huì)出現(xiàn)負(fù)的ESD電壓，同樣地，其他I/O腳也一起接地，而VDD與VSS則依舊保持懸空。

1.3 VDD與VSS之間的靜電放電測(cè)試

除了I/O腳上的靜電放電測(cè)試外，VDD腳與VSS腳之間也可能發(fā)生靜電放電。因此，需要針對(duì)這兩腳進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的ESD測(cè)試。其等效電路示意圖已給出，供讀者參考。

圖 3

(1)正模式：在VDD腳上施加正的ESD電壓，同時(shí)將VSS腳接地，并確保所有I/O腳懸空;

(2)負(fù)模式：在VDD腳上施加負(fù)的ESD電壓，同樣將VSS腳接地，并保持所有I/O腳懸空。

1.4 AnalogPin的靜電放電測(cè)試

在模擬集成電路中，差動(dòng)輸入級(jí)如運(yùn)算放大器的輸入級(jí)是常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)差動(dòng)輸入級(jí)的正負(fù)輸入端都連接到IC的引腳時(shí)，為了確保這兩支輸入腳所連接的差動(dòng)輸入級(jí)能夠抵御靜電放電的沖擊，我們需要單獨(dú)對(duì)它們進(jìn)行靜電放電測(cè)試。其等效電路示意圖如下：

(1)正模式測(cè)試：在差動(dòng)輸入級(jí)的正輸入腳位施加正的靜電放電電壓，同時(shí)將負(fù)輸入腳接地，確保其他所有I/O引腳、VDD和VSS腳均處于懸空狀態(tài);

(2)負(fù)模式測(cè)試：在差動(dòng)輸入級(jí)的正輸入腳位施加負(fù)的靜電放電電壓，同樣將負(fù)輸入腳接地，并保持其他I/O引腳及VDD與VSS腳懸空。

汽車(chē)零部件制造過(guò)程中，靜電可能對(duì)電子元件造成嚴(yán)重?fù)p害。防靜電監(jiān)控看板通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)線(xiàn)上的防靜電設(shè)備，確保每個(gè)環(huán)節(jié)的靜電防護(hù)措施有效運(yùn)行，從而降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品可靠性。

3C家電產(chǎn)品的生產(chǎn)對(duì)靜電防護(hù)要求極高。防靜電監(jiān)控看板通過(guò)智能化管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控防靜電設(shè)備的狀態(tài)，確保生產(chǎn)環(huán)境的安全性和穩(wěn)定性?？窗逯С侄喾N監(jiān)控儀類(lèi)型，能夠靈活適應(yīng)不同生產(chǎn)線(xiàn)的需求，幫助企業(yè)優(yōu)化靜電防護(hù)策略。

在PCBA車(chē)間，靜電對(duì)電路板的損害尤為嚴(yán)重。防靜電監(jiān)控看板通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控防靜電手腕帶和設(shè)備接地狀態(tài)，確保每個(gè)工位的靜電防護(hù)措施有效運(yùn)行?？窗迥軌蚣皶r(shí)發(fā)現(xiàn)并提示異常情況，減少因靜電導(dǎo)致的電路板損壞，提高生產(chǎn)良率。

新能源產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，靜電可能引發(fā)嚴(yán)重的安全隱患。防靜電監(jiān)控看板通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控防靜電設(shè)備的狀態(tài)，確保生產(chǎn)環(huán)境的安全性和穩(wěn)定性?？窗逯С侄喾N數(shù)據(jù)傳輸方式，能夠靈活適應(yīng)新能源工廠(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境，為企業(yè)提供可靠的靜電防護(hù)解決方案。