Pin-to-Pin的静电放电测试 - IC静电放电的测试方法

　　3．2 Pin-to-Pin的静电放电测试

　　静电放电可能出现在IC的任何两只管脚之间，若该两只管脚之间无直接的相关电路，唯一共同使用的是VDD与Vss电源线相连接，就有可能出现当ESD放电发生在不相干的两只IC脚之间时，静电放电电流会先经过某部分电路流向VDD或Vss电源线上，再由VDD或Vss电源线连接流向另一只IC脚，再由那只IC脚流出IC。但是如果每一个IC的两只管脚之间都要做测试，那么一个40HN的IC便要有1560种排列组合的ESD测试，这样太浪费时间。因此测试标准便规定了改良式的测试方法。如图7-图8所示，即所谓的Pin-to-Pin测试。在该种方法的测试组合中，也按静电放电的正负两种极性分成两种测试模式：

　　（1）图7为正极性模式：正的ESD电压出现在某一I／O脚，此时所有其他I／O脚全部接地，但所有的VDo脚与Vss脚都悬空。

　　（2）图8为负极性模式：负的ESD电压出现在某一I／O脚，此时所有其他I／O脚全部接地，但所有的VDD脚与Vss脚都悬空。

　　3． 3 VDD-to-VSS静电放电测试

　　静电放电也可能发生在VDD脚与VSS脚之间，因此对VDD脚与Vss脚有下列测试组合，其等效电路示意图如图9-图12所示

　　1）图9为VDD-正极性模式：正的ESD电压出现在VDD脚，此时Vss接地，但所有的I／O脚都悬空。

　　（2）图10为VDD-负极性模式：负的ESD电压出现在VDD脚，此时Vss接地，但所有的I／O脚都悬空。

　　（3）图11为Vss-正极性模式：正的ESD电压出现在Vss脚，此时VDD接地，但所有的I／O脚都悬空。

　　（4）图12为Vss-负极性模式：负的ESD电压出现在Vss脚，此时VDD接地，但所有的I/O脚都悬空。

　　这里需要做一些说明：在一个IC中，各个管脚的功能有所不同。可能有两个或两个以上标注为相同名称的电源脚（例如：Vcc、VDD、Vss、analog、GND、digital、GND等等），按照标准的规定，只要这些电源脚在内部是通过金属连接或欧姆连接，两个电源脚之间的引线电阻小于2Ω，就可以把这一组电源脚或接地脚连在一起，看成是一个VDD Grouppin或VssGrouppin，其他IC脚分别对其进行静电测试。否则就应该把这些VDD或Vss看成是各自独立的，其他脚分别按照以上的测试组合对其进行测试。除了电源脚以外的其他各种类型的管脚，比如数据、地址、读写控制、时钟、基准和补偿等管脚，在静电测试时不用考虑其管脚的功能，只把他们看成是Inputpin或Outputpino。

　　3．4 Analog Pin的静电放电测试

　　在类比（Analog）IC中有一种测试组合，在标准中是没有规定到，但在实际使用中有些IC工程师为了能够更精确的测试这类IC的抗静电能力，经常使用这种测试组合，这种组合就是类比（Analog）IC内的差动输入级（DifferentialPair）的测试组合。例如运算放大器（OPAMP）的输入级，如果该差动输入级的正负输入级都连接到IC的管脚时，这两只输入脚要另外单独做静电放电测试，以验证该两只输入脚所连接的差动输入级会不会被静电放电所破坏，其等效电路示意图如图13和图14所示：

　　（1）图13为正极性模式：正的ESD电压出现在差动输入级的正输入脚位，此时差动输入级的负输入脚接地，但其他所有的I／O脚以及VDD与Vss脚都悬空。

　　（2）图14为负极性模式：负的ESD电压出现在差动输入级的正输入脚位，此时差动输入级的负输入脚接地，但其他所有的I／O脚以及VDD与Vss脚都悬空。

　　4 静电测试方式

　　在ESD测试过程中，我们可以采用从低电压到高电压进行测试，也可以从高电压到低电压进行测试，这两种方式都可以找出IC的“静电放电故障临界电压”。现在以低电压到高电压为例详细介绍一下静电测试方法。

　　在每一个测试组合模式下，IC的某一被测试脚先被打上（ZAP）某一ESD电压，而且在同一ESD电压下，IC的该测试脚必须要被ZAP三次，每次ZAP之间间隔的时间为］秒钟，ZAP三次后再观看该测试脚是否已被ESD所损伤，若IC尚未被损伤则提升ESD的电压，再ZAP三次。此ESD电压由小而逐渐增大，如此重复下去，直到该IC脚己被ESD所损坏，此时造成IC该测试脚损坏的ESD电压为“静电放电故障临界电压”。

　　我们每次提升的ESD电压幅度要选择一个合适的数值，如果幅度太小，则测试到IC管脚损坏要经过多次的ESD放电，增长测试时间；若每次提升的幅度太大，则难以较精确地测出该IC脚的ESD耐压能力。因此，根据我们的实际测试经验，当ESD测试电压低于1kV时，每次ESD电压增加量为50V或100V；当ESD测试电压高于1kV时，每次ESD电压增加量为100V或250V。而ESD测试的起始电压则从平均ESD故障临界电压的70%开始。

　　例如，某一IC的人体放电模式（HBM）ESD耐压大概平均在2000V左右，那么起始测试电压约从1400V开始。测试时，1400V的ESD电压ZAP到IC的某一脚去（根据文章第三部分介绍的测试引脚组合，相应的VDD或VSS脚要接地），测试三次1400V的ESD放电，若该IC脚尚未损坏，则提升ESD电压到1500V，此1500V的ESD电压再打该IC脚三次，若该IC脚尚未损坏，再提升ESD电压到1600V，依次类推，直到该IC脚被静电放电所损坏为止。

　　我们可以来估算一下，一个40PIN的IC，（38支I/O，1支VDD，一支VSS），他的HBM测试电压自1400V炽到2000V，每次增加量为100V的情形下，所要测试的次数：每一测试脚在变化ESD电压之下的ZAP次数［（2000-1400）/100+1］； 38支I/O脚的测试次数=38支×4种×21次=3192次； Pin-to-Pin静电放电测试（如图3.2.1-3.2.2所示）之次数=38支×2种×21次=1596次；VDD-to-VSS静电放电测试（如图3.3.1-3.3.4所示）之次数=2支×4种×21次=168次； 故该4O脚IC的ESD（1400-2000V）总测试次数=4956次。

　　由上述的简单估算可知，一个具有40支管脚的IC，只从1400V测到2000V，每一次电压调升100V，则要4956次的ESD放电测试。而在实际情况中，IC管脚的耐压程度可能每一支都不同，要真正测出每一支管脚的ESD耐压程度，则所需测试次数会远远超过上述的数字。因此可根据你的实际要求，增加电压调升的幅度，这样可以减少测试的次数及时间。