IC静电放电的测试方法

　　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。

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