ESD技术文档：芯片级ESD与系统级ESD测试标准介绍和差异分析

静电放电（ESD）问题对芯片可靠性构成严峻挑战。本文介绍了芯片级ESD（HBM、CDM、MM）和系统级ESD（IEC61000-4-2）的测试标准、测试方法和测试等级，并对比分析了芯片级ESD和系统级ESD之间的差异。随后，介绍了隔离系统中常用的ESD防护设计方法和测试注意事项。

芯片级ESD测试和系统级ESD测试共同体现了芯片在整个生命周期中的抗ESD性能，但这两种参数的测试对象不同，对应的测试标准也不同。芯片级ESD测试以独立芯片作为DUT，用于评估芯片本身的抗ESD能力。而系统级ESD则是以完整产品作为DUT，用于评估整套产品对外界ESD的抗干扰能力。因此，芯片内部集成的ESD保护电路存在不足以承受同等级的系统级ESD直接冲击的可能，这也是使用系统级ESD对芯片直接进行测试更容易失效的原因。

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*附件：AN-13-0009_芯片级ESD与系统级ESD测试标准介绍和差异分析.pdf

在测试方法上，芯片级ESD是在固定夹具上测试，芯片处于不上电状态。而系统级ESD的测试则是将芯片焊接在PCB上，测试过程中芯片可能处于上电状态，测试引脚组合也会因系统电路连接差 异 而 不 同 。 此 外 ， 标 准 规 定 的 H B M 测 试 要 求 正 负 极 性 各 3 次 的 脉 冲 电 压 测 试 ， 而 I E C61000-4-2要求至少正负极性各10次的脉冲电流测试，电荷的持续累积也会加速芯片损伤。在放电脉冲波形参数上，芯片级ESD和系统级ESD相比较，脉冲电压范围、脉冲上升时间、脉冲电压冲击次数等参数均有明显的差异，如下表所示：

可以看出，一方面，基于IEC61000-4-2标准的ESD能量远高于HBM和CDM，以8kV接触放电为例，系统级ESD脉冲电流峰值为30A，而HBM为1.3A，CDM为5A，系统级ESD相比于芯片级ESD对芯片内部的保护器件增加了6倍的电应力需求。另一方面，系统级ESD脉冲上升时间在0.7ns~1ns之间，而HBM的脉冲时间一般需要25ns，系统级ESD对芯片内部保护电路的响应时间提出了更加严格的要求，这就使得主要以HBM模型设计的保护电路无法及时响应，从而使芯片功能电路直接被损坏。