静电放电故障判断 - IC静电放电的测试方法

　　5静电放电故障判断

　　每一个IC对静电放电都有一定的承受能力，要想知道IC的静电承受能力，除了以上介绍的测试组合外，我们在做测试分析时还需要有一套正确的判别标准，来判别被测试电路是否失效，否则光有方法而无判别标准也是枉然。

　　IC经由ESD测试后，要判断其是否已被ESD所破坏，以便决定是否要再进一步测试下去。但如何判定IC已被ESD所损坏了呢？我们现在使用的静电测试仪可以在ESD测试前后测量每一支IC管脚I／V特性曲线，再根据ESD测试前后的特性曲线做比较来判别IC是否发生失效。具体的判别标准有以下几种：

　　①绝对漏电流：先规定一个具体的电压值VF和漏电流极限值IF，当IC被ESD测试后，其某一管脚在指定电压VF以下产生的漏电流大于规定极限值IF时，失效发生。漏电流会随偏压的大小增加而增加，例如在测漏电流时所加的电压VF为3V，规定漏电流极限IP为luA。ESD测试后在3V下如果测试到的漏电流大于luA为失效。

　　②相对电压漂移：指定在某一固定电流值IREF时，ESD测试前与测试后电压漂移量超过指定的百分比，失效发生。我们比较常用的方式是指定IREF为lμA时的参考电压VREF漂移量超过土30％，该管脚失效。

　　③短开路：在经ESD测试后，测量被ESD测试后的某一管脚的I／V曲线，如果出现短路到地或开路现象（输入电压，电流无穷大或输入电压，电流接近于零），该管脚失效。

　　④相对I/V漂移：在ESD测试前先测量到某一管脚I/V特性曲线，当IC被ESD测试后，自该管脚进入IC内部的I／V特性曲线漂移量在30％（20％或40％）。例如输入范围是3V、1μA，那么它漂移量的包络线范围是2．1V-3．9V和0．7A-1．31lA。如图15所示，Aftertrace（ESD测试后测量的I／V曲线）已有部分超出Beforetrace（ESD测试前测量的I／V曲线）的30％的包络线，该管脚失效。

　　以上四种是我们的静电测试仪自带的最常用的几种简易判别方法，适合用于大批量的测试，可以进行快速判别。

　　⑤功能测试法：先把功能正常且符合规格IC的每一支脚依测试组合打上某一电压准位的ESD测试电压，再拿去测试其功能是否仍然符合原来的规格。这种方法是最能够精确反应出电路在经过ESD测试后电路性能的变化。一般的ESD测试标准都规定在经过ESD测试后要经过功能测试（包括静态测试和动态测试），才能最终确定其“静电放电故障临界电压”。

　　采用不同的故障判定准则，对同一个IC而言，可能会有差距很大的ESD故障临界电压。判别一个电路的ESD故障临界电压要在注明其故障判定准则条件之下，才显得有意义。否则在你这里选择这种判别准则，在另一家选择其他的判别准则，会得出不同的ESD故障临界电压，这样就会给别人造成混乱，究竟我的IC的ESD故障临界电压是多少？

　　6 静电放电测试结果的判读及分类

　　6．1 ESD测试结果判读

　　表3是一个IC的实际ESD测试最低故障临界电压，PINl为“VDD”，PIN8为“Vss”，其余PIN为I／O。按照本文第三部分介绍的测试组合，做了一些简化，方法ALL-to-VDD指除VDD以外的所有管脚分别对VDD测试，VDD接地；方法ALL-to-Vss指除Vss以外的所有管脚分对Vss打击，Vss接地；方法IO-to-IO指I／O脚相互测试，没有被测到的I／O管脚接地，VDD和Vss悬空；“OK”指超过8000V。我们来看PIN2，六种方法测到的最低ESD故障临界电压分别为7250V、-8000V、7000V、-8000V、6500V和-3500V，该脚的ESD最低故障临界电压为3500V；再来看PIN3分别是4250V、-500V、4000V、-5750V、7000V、-8000V，该脚的最低故障临界电压为500V；PIN6分别是6500V、-750V、500V、8000V、2250V、-750V，该脚的最低故障临界电压为500V。以次类推，每一个脚都能找到其最低的ESD故障临界电压。这个IC的ESD最低故障临界电压应定为所有脚中最低的电压，既500V。我们可以从上面看到，虽然有的管脚的ESD故障临界电压可以达到3500V或更高，但只要其中有一只管脚的电压很低，就应该以这只最低管脚的电压为整个IC的ESD最低故障临界电压。

　　所以我们需要注意的是，在静电放电保护电路的设计中，要能够提升`IC所有管脚的静电放电故障临界电压，而不是只提升某几只管脚的静电放电保护能力而己。IC的制造过程特性有时会有小幅的（10％）漂移，因此每个IC之间的特性会有些细微的不同，其ESD耐压特性也可能会有些差异。每次测试所选用的IC数目不能太少，应至少大于5个，每一个都找出其ESD故障临界电压，可能每个IC都不太相同。这时我们定义其中最低的ESD故障临界电压为该批IC的ESD故障临界电压。数量选的越多，该批IC的ESD故障临界电压越精确。

　　6．2静电放电敏感度分类

　　不同的ESD测试标准都规定了静电放电敏感度分类，以下是几个测试标准的静电放电敏感度分类：表4为GJB548A-96（MIL883E）的分类，表5为ESDSTM5．1-2001和JEDECEIA／JESD22-A114-B的分类。在IC经过ESD测试后，就可以根据测试结果，按照你所适用的标准，给你的IC标注静电等级。

　　7结束语

　　随着电子产业的蓬勃发展，元件尺寸的日益缩小、集成度也日益提高，使得静电放电对IC造成的破坏越来越严重，各IC相关的从业人员也越来越重视这个问题，静电放电测试结果已经成为评估产品可靠性的一个重要指标，静电放电测试的主要应用有两个：第一是了解元件的静电放电敏感度等级，提升产品的可靠性，并且可以给制造、封装、测试、组装及运输等人员提供参考；第二可以针对经过ESD测试的元件的弱点做故障分析，以便IC设计人员或工艺人员在查清问题后进行设计或工艺改良。本文就ESD相关的测试原理和测试方法等作了详细的介绍，从文章中可以看到，ESD测试从每一只管脚的测试组合，每一个IC的测试方法，一直到整批IC，ESD故障临界电压的判定，都给我们一个很重要的概念，ESD故障临界电压不是一只管脚的问题，而是整批的问题。