放电方式与静电放电测试可靠性的关系

引言

一般在测试产品前，我们会首先对产品的外部结构进行评估，包括：测试位置、测试等级、放电方式。在测试时将这些信息作好记录。其中测试等级一般会有明确要求，测试位置一般是遵循：

可放出电的位置（金属和缝隙）；

遇到像类似大面积金属和TP等这样的面时，这需要去找出最大干扰点或者靠近内部敏感点的位置，要着重测试能造成产品异常的位置。

放电方式的选择是本篇讨论的中心，在这之前先了解放电方式的具体形式。一般ESD 模拟器所采用的放电方式可分为两种 , 即空气放电方式(又称非接触式放电) 和接触式放电方式(又称电流注入法) 。

1.空气放电方式

用ESD模拟器对被测物体进行测试时，使模拟器的放电电极逐渐接近被测物体,直到电极和被测物体之间形成火花击穿通道导致放电发生为止。

特点是放电由外部空气击穿形成火花通道而触发的,因此在设计ESD模拟器时不需要内部的高压继电器来触发放电，如图一。

图一

另外,在采用此种放电方式时,为了减小电极的电晕效应,放电电极的顶端一般都被做成球状，如图二。

图二

最初,空气放电方式被认为是静电测试的最佳方法,在许多 ESD 测试标准中被普遍采用。原因是人们认为它能真实地模拟实际中的静电放电过程。但是在静电测试过程中最关键的问题是过程的可重复性,没有重复性或重复性不好的测试是不可靠的、甚至是没有任何意义的。

随着对 ESD 过程及其模拟、测试技术研究的深入,人们逐渐发现采用空气放电方式作为一种主要的 ESD 测试方法有致命的弱点,即放电重复性极差。由于空气放电方式涉及到外部火花通道的形成过程,温度、湿度以及模拟器放电电极接近被测物体的速度等因素都会引起放电过程的显著变化。

实验表明,随着放电电极接近被测物体速度的变化,放电电流的上升时间可由小于 1 ns 变化到大于 20 ns。而当保持接近速度恒定时也不能得到恒定的电流上升时间,在一定的电压、速度组合下,模拟器的放电电流的上升时间的起伏仍可达到 30%以上。

为了得到恒定的放电电流上升时间,有人提出采用固定放电电极与被测物体之间的间距,逐渐增高放电电极的电位来引发 ESD。采用这种方式时, 虽然能稳定放电电流的上升时间,但是得到的上升时间却比实际的 ESD 过程中的放电电流的上升时间要长的多。因此这种方法虽能获得较好的放电重复性,但却反映不出真实 ESD 过程中所包含的高频成份。

由于上述原因,空气放电方式逐渐被接触放电方式所替代。

2.接触放电方式

所谓接触放电方式指的是在放电之前,先将ESD模拟器的放电电极与被测物体的敏感部分保持紧密的金属接触,之后由模拟器内部的高压继电器触发静电放电，如图三。

图三

接触放电方式与空气放电方式相比最大的不同就是用内部高压继电器触发装置替代了空气放电方式中难以驾驭的空气击穿过程。其放电的重复性很好, 也能反映实际 ESD 过程的主要特点。为了紧密的金属接触,放电电极的顶端做成锥尖状，如图四。

图四

在静电测试的标准中明确地规定了放电的波形参数，这为实际测试中的标准化和可重复性提供了基础。

通过上述对放电方式的了解，接触放电方式有更好的可重复性，所以在选择放电方式时，能用接触放电的情况，就不用空气放电方式。

THE END

静电模拟实验的意义在于反映产品的静电抗扰的可靠性，而直接相关的就是实验的可靠性，其中放电方式的正确选择是实验可靠性的重要保障。