IC靜電放電的測試方法

　　4 靜電測試方式

　　在ESD測試過程中，我們可以采用從低電壓到高電壓進(jìn)行測試，也可以從高電壓到低電壓進(jìn)行測試，這兩種方式都可以找出IC的“靜電放電故障臨界電壓”?，F(xiàn)在以低電壓到高電壓為例詳細(xì)介紹一下靜電測試方法。

　　在每一個測試組合模式下，IC的某一被測試腳先被打上（ZAP）某一ESD電壓，而且在同一ESD電壓下，IC的該測試腳必須要被ZAP三次，每次ZAP之間間隔的時間為］秒鐘，ZAP三次后再觀看該測試腳是否已被ESD所損傷，若IC尚未被損傷則提升ESD的電壓，再ZAP三次。此ESD電壓由小而逐漸增大，如此重復(fù)下去，直到該IC腳己被ESD所損壞，此時造成IC該測試腳損壞的ESD電壓為“靜電放電故障臨界電壓”。

　　我們每次提升的ESD電壓幅度要選擇一個合適的數(shù)值，如果幅度太小，則測試到IC管腳損壞要經(jīng)過多次的ESD放電，增長測試時間；若每次提升的幅度太大，則難以較精確地測出該IC腳的ESD耐壓能力。因此，根據(jù)我們的實(shí)際測試經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)ESD測試電壓低于1kV時，每次ESD電壓增加量為50V或100V；當(dāng)ESD測試電壓高于1kV時，每次ESD電壓增加量為100V或250V。而ESD測試的起始電壓則從平均ESD故障臨界電壓的70%開始。

　　例如，某一IC的人體放電模式（HBM）ESD耐壓大概平均在2000V左右，那么起始測試電壓約從1400V開始。測試時，1400V的ESD電壓ZAP到IC的某一腳去（根據(jù)文章第三部分介紹的測試引腳組合，相應(yīng)的VDD或VSS腳要接地），測試三次1400V的ESD放電，若該IC腳尚未損壞，則提升ESD電壓到1500V，此1500V的ESD電壓再打該IC腳三次，若該IC腳尚未損壞，再提升ESD電壓到1600V，依次類推，直到該IC腳被靜電放電所損壞為止。

　　我們可以來估算一下，一個40PIN的IC，（38支I/O，1支VDD，一支VSS），他的HBM測試電壓自1400V熾到2000V，每次增加量為100V的情形下，所要測試的次數(shù)：每一測試腳在變化ESD電壓之下的ZAP次數(shù)［（2000-1400）/100+1］； 38支I/O腳的測試次數(shù)=38支×4種×21次=3192次； Pin-to-Pin靜電放電測試（如圖3.2.1-3.2.2所示）之次數(shù)=38支×2種×21次=1596次；VDD-to-VSS靜電放電測試（如圖3.3.1-3.3.4所示）之次數(shù)=2支×4種×21次=168次； 故該4O腳IC的ESD（1400-2000V）總測試次數(shù)=4956次。

　　由上述的簡單估算可知，一個具有40支管腳的IC，只從1400V測到2000V，每一次電壓調(diào)升100V，則要4956次的ESD放電測試。而在實(shí)際情況中，IC管腳的耐壓程度可能每一支都不同，要真正測出每一支管腳的ESD耐壓程度，則所需測試次數(shù)會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上述的數(shù)字。因此可根據(jù)你的實(shí)際要求，增加電壓調(diào)升的幅度，這樣可以減少測試的次數(shù)及時間。

5靜電放電故障判斷

　　每一個IC對靜電放電都有一定的承受能力，要想知道IC的靜電承受能力，除了以上介紹的測試組合外，我們在做測試分析時還需要有一套正確的判別標(biāo)準(zhǔn)，來判別被測試電路是否失效，否則光有方法而無判別標(biāo)準(zhǔn)也是枉然。

　　IC經(jīng)由ESD測試后，要判斷其是否已被ESD所破壞，以便決定是否要再進(jìn)一步測試下去。但如何判定IC已被ESD所損壞了呢？我們現(xiàn)在使用的靜電測試儀可以在ESD測試前后測量每一支IC管腳I／V特性曲線，再根據(jù)ESD測試前后的特性曲線做比較來判別IC是否發(fā)生失效。具體的判別標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：

　?、俳^對漏電流：先規(guī)定一個具體的電壓值VF和漏電流極限值IF，當(dāng)IC被ESD測試后，其某一管腳在指定電壓VF以下產(chǎn)生的漏電流大于規(guī)定極限值IF時，失效發(fā)生。漏電流會隨偏壓的大小增加而增加，例如在測漏電流時所加的電壓VF為3V，規(guī)定漏電流極限IP為luA。ESD測試后在3V下如果測試到的漏電流大于luA為失效。

　?、谙鄬﹄妷浩疲褐付ㄔ谀骋还潭娏髦礗REF時，ESD測試前與測試后電壓漂移量超過指定的百分比，失效發(fā)生。我們比較常用的方式是指定IREF為lμA時的參考電壓VREF漂移量超過土30％，該管腳失效。

　　③短開路：在經(jīng)ESD測試后，測量被ESD測試后的某一管腳的I／V曲線，如果出現(xiàn)短路到地或開路現(xiàn)象（輸入電壓，電流無窮大或輸入電壓，電流接近于零），該管腳失效。

　?、芟鄬/V漂移：在ESD測試前先測量到某一管腳I/V特性曲線，當(dāng)IC被ESD測試后，自該管腳進(jìn)入IC內(nèi)部的I／V特性曲線漂移量在30％（20％或40％）。例如輸入范圍是3V、1μA，那么它漂移量的包絡(luò)線范圍是2．1V-3．9V和0．7A-1．31lA。如圖15所示，Aftertrace（ESD測試后測量的I／V曲線）已有部分超出Beforetrace（ESD測試前測量的I／V曲線）的30％的包