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ESD基礎知識第5部分:器件靈敏度和測試
發布時間:2020-08-25 09:56瀏覽次數:

在  本系列的第二部分 中,我們指出成功的靜態控制程序的關鍵要素是識別對ESD敏感的項目(組件,組件和最終產品)及其敏感度。ESD事件對ESDS設備的損壞取決于設備耗散放電能量或承受所涉及電流水平的能力。這就是所謂的設備“ ESD敏感性”或“ ESD敏感性”。

某些設備可能會更容易因自動化設備內發生的放電而損壞,而另一些設備則更容易受到人員操作的損壞。在本文中,我們將介紹用于表征,確定和分類組件對ESD敏感性的模型和測試過程。這些測試程序基于ESD事件的兩個主要模型:人體模型(HBM)和充電設備模型(CDM)。用于執行組件測試的模型無法復制所有可能的ESD事件的全部頻譜。盡管如此,這些模型已被證明可以成功地再現所有ESD現場故障信號的99%以上。通過使用標準化的測試程序,行業可以

開發并測量合適的片上保護。

允許在設備之間進行比較。

提供ESD敏感性分類系統,以協助ESD設計和監視制造和裝配環境的要求。

有成文的測試程序,以確保結果可靠且可重復。

人體模型(HBM)測試

靜電損壞的最常見原因之一是靜電電荷通過重要的串聯電阻器直接從人體或從帶電材料傳遞到靜電放電敏感(ESDS)設備。當一個人走過地板時,人體上會積聚靜電。手指與ESDS設備或組件的引線的簡單接觸即可使身體放電,從而可能損壞設備。用于模擬此事件的模型是人體模型(HBM)。

圖1:典型的人體模型電路

人體模型是最古老且最常用的模型,用于對設備對ESD的敏感性進行分類。HBM測試模型代表了直立個體指尖從放電到設備的放電。它通過一個通過開關組件放電的100 pF電容器和一個進入組件的1.5kW串聯電阻來建模。該模型可追溯到19世紀,是為調查礦井中混合氣體爆炸而開發的。它已被軍方在MIL-STD-883方法3015中采用,并在ANSI / ESDA-JEDEC JS-001-2010 :靜電放電敏感度測試-人體模型中引用。本文檔分別替代了先前的ESDA和JEDEC方法STM5.1-2007和JESD22-A114F。圖1給出了典型的人體模型電路。

HBM敏感性測試通常使用自動化測試系統進行。該設備被放置在測試系統中,并通過繼電器矩陣進行接觸。應用了ESD zaps。如果零件不符合數據表參數,則使用參數和功能測試將其確定為發生故障。

充電設備模型(CDM)測試

圖3:典型的充電設備模型測試

來自  ESDS設備的電荷轉移  也是ESD事件。例如,設備可能會因為在自動裝配機中滑下送料器而帶電。如果它隨后接觸到插入頭或處于較低電勢的另一個導電表面,則可能會發生從設備到金屬物體的快速放電。對于某些設備,此事件稱為“充電設備模型(CDM)”事件,它比HBM更具破壞性。盡管放電的持續時間非常短(通常不到一納秒),但峰值電流卻可以達到幾十安培。

CDM的設備測試標準  (ESD STM5.3.1:靜電放電敏感度測試-帶電設備模型)  最初于1999年發布。測試過程包括將設備放置在現場板上,其引線朝上,然后對其充電并放電。設備。圖3說明了典型的CDM測試電路。CDM 5.3.1 ESDA文件最新發布于2009年。

其他測試方法

機器型號(MM)測試

圖2:典型的機器模型電路

形狀和尺寸與HBM事件不同的放電也可能會從帶電的導電物體(例如金屬工具,自動設備或固定裝置)中發生。該模型起源于日本,是試圖創建最壞情況的HBM事件的結果,被稱為機器模型。該ESD模型由一個200 pF電容器組成,該電容器直接放電到一個組件中,而輸出電路中沒有串聯直流電阻。業界正在將這種模型從資格要求中刪除。工業委員會白皮書1“降低組件級HBM / MM ESD規格和要求的案例”中介紹了此更改的技術背景。

作為最壞情況的人體模型,機器模??型可能過于嚴格。但是,在某些實際情況下,此模型可能會模擬,例如從帶電板組件上的金屬觸點或從自動測試儀的帶電電纜或手柄/臂中快速放電。

使用ESD協會標準ESD STM5.2對設備進行MM  靈敏度測試:靜電放電靈敏度測試-機器模型的  程序與HBM測試類似。測試設備相同,但測試頭略有不同。MM版本沒有1500歐姆的電阻,但是測試板和插座與HBM測試相同。如圖2所示,串聯電感是決定振蕩電機模型波形的主要寄生元件。串聯電感是通過各種波形參數(例如峰值電流,上升時間和波形周期)的規格間接定義的。MM 5.2文檔的最新發布時間為2009年。

套接字設備模型(SDM)測試

SDM測試類似于HBM和MM靈敏度測試。將該設備放在插座中,用高壓電源充電后再放電。該模型最初旨在提供一種進行CDM測試的有效方法。但是,該模型與CDM標準之間沒有足夠的相關性,并且對SDM測試儀的具體設計有很大的依賴性。標準實踐(SP)文檔(SP)SDM-5.3.2于2002年首次發布,并于2008年重新發布。技術報告ESD TR5.3.2(以前稱為TR08-00):套接字設備模型(SDM) )測試儀  也可從ESD協會獲得。

設備靈敏度分類

HBM和CDM方法包括一個分類系統,用于定義組件對指定模型的敏感性(請參見表1和2)。這些分類系統具有許多優點。它們使您可以根據其ESD敏感性輕松地對組件進行分組和比較,并且分類可以指示組件所需的ESD保護級別。

表1ESDS組件靈敏度分類–人體模型(根據ESD STM5.1-2007)

電壓范圍

0級

<250伏

1A級

250伏至<500伏

1B級

500伏至<1,000伏

1C級

1000伏至<2,000伏

2級

2000伏至<4,000伏

3A級

4000伏至<8000伏

3B級

≥8000伏

表2ESDS組件靈敏度分類–充電設備模型(根據ESD STM5.3.1-2009)

電壓范圍

C1級

<125伏

C2級

125伏至<250伏

C3級

250伏至<500伏

C4級

500伏至<1,000伏

C5級

1,000伏至<1,500伏

C6級

1,500伏至<2,000伏

C7級

≥2,000伏

應當使用人體模型和充電設備模型對完全特征化的組件進行分類。例如,一個完全特征化的組件可能具有以下兩項:1B類(500伏至<1000伏HBM)和C3類(500伏至<1000伏CDM)。這將使組件的潛在用戶警覺需要受控環境,無論組裝和制造操作是由人還是由機器執行的。

謹防 但是,這些分類系統和組件靈敏度測試結果僅作為指導,不一定是絕對的。測試數據定義的事件會產生狹義的限制數據,必須仔細考慮并明智地使用它們。兩種ESD模型代表離散點,用于表征ESD漏洞。數據點是有用的信息,但是將數據任意推斷到現實世界中可能會產生誤導。數據的真正用途是將一臺設備與另一臺設備進行比較,并為開發ESD控制程序提供起點。

摘要

設備故障模型和設備測試方法定義了要保護其免受ESD影響的電子設備和組件的靈敏度。利用此關鍵信息,您可以設計更有效的ESD控制程序。

ESD基礎培訓

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