一、ESD機(jī)器模型
在半導(dǎo)體器件的制造、測(cè)試和電路板焊接組裝的過(guò)程中，除了人體靜電對(duì)器件可能造成潛在傷害，另一種重要的靜電來(lái)源則是由于機(jī)器設(shè)備本身接地不良，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生靜電積累。當(dāng)機(jī)器本體或機(jī)械手臂碰觸到IC時(shí)，靜電經(jīng)由IC的引腳（pin）放電。由于機(jī)器或機(jī)械手通常是金屬材料，其等效電阻為0，其等效電容為200pF，故比起人體放電（等效電阻為1500ohm)，機(jī)器放電的過(guò)程更短，在幾納秒到幾十納秒之內(nèi)會(huì)有數(shù)安培的瞬間靜電放電電流產(chǎn)生。 機(jī)器模型（MM- Mechine Model) 2KV 和人體模型（HBM）200V放電脈沖波形比較如下圖，雖然HBM的電壓2KV比MM的電壓200V高，但是200V MM的放電電流卻比2KV HBV的放電電流大很多。放電電流波形有上下振蕩(Ring)的情形，這是因?yàn)闇y(cè)試機(jī)臺(tái)導(dǎo)線的雜散等效電感與電容互相耦合而引起的。因此機(jī)器模型的放電對(duì)IC的破壞力更大。
為了表征機(jī)器帶靜電并接觸器件放電的電路特性，以及半導(dǎo)體器件的ESD敏感度，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織/機(jī)構(gòu)制定了機(jī)器模型（Machine Model-MM）以規(guī)范MM模式下的ESD測(cè)試模型和等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
以上相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有所差異且被多次修訂，但原理基本一致，本文以經(jīng)典的JESD 22標(biāo)準(zhǔn)為參考進(jìn)行說(shuō)明。
二、MM測(cè)試要求
依據(jù)JESD22-A115-A(Oct, 1997)，MM模型的測(cè)試等效電路如下圖。等效機(jī)器電阻為0歐，C1 為等效機(jī)器電容。DUT（Device Under Test）為被測(cè)器件，放置在插座（socket）中。圖中S1為充電和放電切換開關(guān)，S2用于釋放DUT殘留電荷，R2（500ohm負(fù)載）僅用于初始檢測(cè)確認(rèn)此模擬裝置是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求以及后續(xù)進(jìn)行周期性的系統(tǒng)校調(diào)。標(biāo)準(zhǔn)建議短路（short）波形驗(yàn)證測(cè)試采用18-24AWG鍍錫銅導(dǎo)線。
圖1 ESD機(jī)器模型等效電路圖
該等效模擬裝置的測(cè)試電路要求符合以下脈沖波形指標(biāo)要求：
圖2 短路放電的電流波形@400V 圖3 通過(guò)500ohm放電的電流波形@400V
Table 1-Waveform Specification
測(cè)試設(shè)備必須在初始驗(yàn)收測(cè)試時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，每次進(jìn)行可能影響波形的設(shè)備維修時(shí)或者至少每12個(gè)月也要重新校準(zhǔn)一次。測(cè)試儀必須滿足表1（Table 1） 和圖2 的要求，在短路條件下測(cè)試所有的電壓等級(jí)，并使用500 歐姆電阻下測(cè)試400V電壓等級(jí)下的波形（見圖3）。校準(zhǔn)時(shí)的波形測(cè)量應(yīng)在帶正向機(jī)械鎖緊插座（socket）的具有最多引腳數(shù)的板上針對(duì)最壞情況（worst-case）引腳來(lái)進(jìn)行。（在初始設(shè)備驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)按照表1中的某一個(gè)電壓等級(jí)加載至少5個(gè)連續(xù)的正向波形和至少5個(gè)連續(xù)的負(fù)向波形來(lái)驗(yàn)證整個(gè)裝置的可重復(fù)性。）
在每次切換測(cè)試儀和更換測(cè)試插座（socket）/DUT板后一開始也都需要進(jìn)行波形校驗(yàn)。如果任何一次波形不符合圖1和表1（table 1）中400V電壓下的要求，則應(yīng)停止測(cè)試，直到波形符合要求。
三、 器件MM等級(jí)測(cè)試
器件的ESD等級(jí)測(cè)試必須在已經(jīng)完成所有制程和規(guī)格功能參數(shù)測(cè)試后的真實(shí)芯片上進(jìn)行。在進(jìn)行ESD測(cè)試之前，應(yīng)對(duì)所有待進(jìn)行ESD測(cè)試的樣本器件完成室溫下、或如果適用的更高溫度條件下的直流參數(shù)和功能測(cè)試。被測(cè)試樣本應(yīng)滿足器件手冊(cè)的參數(shù)要求。
通常按照Table 1中所示的電壓步長(zhǎng)(Voltage Step)在每個(gè)電壓等級(jí)（Voltage Level）上用3 個(gè)器件樣本進(jìn)行器件ESD失效閾值的表征?？梢赃x擇使用更精細(xì)的電壓步長(zhǎng)來(lái)獲得更精確的失效閾值測(cè)量。ESD 測(cè)試應(yīng)從Table 1中的最低步長(zhǎng)開始。ESD測(cè)試應(yīng)在室溫條件下進(jìn)行。
對(duì)于Table 2 中指定的所有引腳組合，3 個(gè)器件的每個(gè)樣本都應(yīng)以某一個(gè)電壓等級(jí)（Voltage Level）在每個(gè)引腳上施加1個(gè)正向脈沖和1個(gè)負(fù)向脈沖應(yīng)力，脈沖之間至少間隔0.5 秒。對(duì)于Table 2 中指定的每一種引腳組合，使用3個(gè)器件中的一個(gè)單獨(dú)樣本是允許的。
當(dāng)這3個(gè)樣本全部都通過(guò)了該等級(jí)ESD測(cè)試后，仍然可以繼續(xù)使用它們，施加下一個(gè)更高等級(jí)的脈沖電壓，直到有器件發(fā)生失效。
引腳組合如Table 2 所示。引腳組合的實(shí)際數(shù)量取決于電源引腳組的數(shù)量。通過(guò)金屬導(dǎo)線（封裝內(nèi)部）直接連通的命名為“power”引腳（VCC1、VCC2、VSS1、VSS2、GND 等）可以連接在一起并作為一個(gè)引腳連接到Terminal B。否則，必須應(yīng)將每個(gè)”power”引腳視為單獨(dú)的電源引腳。不消耗電流的編程引腳（Programming Pins）應(yīng)被視為I/O 引腳（例如：存儲(chǔ)器上的Vpp 引腳）。有源分立器件（FET、晶體管等）應(yīng)使用所有可能的引腳對(duì)組合（一個(gè)引腳連接到Terminal A，另一個(gè)引腳連接到Terminal B ）進(jìn)行測(cè)試，而無(wú)論其引腳名稱或功能。所有配置（configured）為“no connect”的引腳都應(yīng)被驗(yàn)證確認(rèn)是否在任何時(shí)候都是“無(wú)連接”且處于開路（懸空）狀態(tài)。標(biāo)記為“no-connect”的引腳實(shí)際上如果是有連接的話，應(yīng)作為非電源（non-supply）引腳進(jìn)行測(cè)試。
如果在每個(gè)應(yīng)力水平下都對(duì)不同的樣本組進(jìn)行了ESD 測(cè)試，則允許在所有樣本組都經(jīng)過(guò)ESD 測(cè)試后執(zhí)行DC參數(shù)和功能性ATE 測(cè)試。
在施加ESD脈沖后，器件不再能符合器件手冊(cè)上的參數(shù)和功能測(cè)試規(guī)格要求，則該器件被定義為失效。如果要求進(jìn)行多溫度條件下的MM測(cè)試，應(yīng)首先在最低溫度下進(jìn)行測(cè)試。
四、 器件MM級(jí)別
所有樣本都必須滿足以上測(cè)試要求，直至達(dá)到特定的電壓等級(jí)（Voltage Level），才能將該種器件歸類為如下特定的靜電敏感度分級(jí)（sensitivity classification），ESD22-A115的分級(jí)如下：
CLASS A： 任何器件在施加200V或以下ESD脈沖后發(fā)生失效
CLASS B： 任何器件在施加200V ESD脈沖后通過(guò)，但是施加400V ESD脈沖時(shí)發(fā)生失效
CLASS C： 任何器件在施加400V ESD脈沖后全部通過(guò)
日本電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIAJ）在EIAJ-IC-121 mothod20標(biāo)準(zhǔn)中細(xì)分并擴(kuò)展了JESD22-A115的MM分級(jí)。具體如下表：
京公網(wǎng)安備11010802046783號(hào)
