1.范圍和目的
1.1 范圍
此標準為元件對規(guī)定的人體模型(HBM)確定靜電放電(ESD)敏感度的測試、評價、和分類程序。
1.1.1 已有的數(shù)據(jù)
測試者以前獲得的數(shù)據(jù)，凡符合本標準全部波形條件的，將認為是有效的測試數(shù)據(jù)。
1.2 目的
這個標準的目的是要建立一個測試方法，此測試方法，不管元件的類型，將重復人體模型（HBM）失效，并且給測試者提供可靠又可重復的結(jié)果。其可重復的數(shù)據(jù)將允許**的對照HBMESD敏感度級別。
2. 參考資料
ESD ADV. 1.0術(shù)語表1
EOS/ESD—S 5.1 (以前的HBM版本)
EOS/ESD—S 5.2機器模型 (MM)
ESD—S5.2 機器模型 (MM)
3. 定義
下列定義是添加到EOS/ESD術(shù)語表中的條款。
3.1 元件
一個對象，如電陰、兩極管、晶體管、集成電路或混合電路。
3.2 元件失效
一個被測試的元件不符合一項或多項規(guī)定的靜態(tài)或動態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)。
3.3 參數(shù)數(shù)據(jù)
由元件制造廠或使用者提供的元件靜態(tài)和動態(tài)性能數(shù)據(jù)。
3.3.1靜態(tài)參數(shù)是元件在非運轉(zhuǎn)條件下測定的參數(shù)?？赡馨ǖ遣幌抻冢狠斎肼╇娏?、輸入擊穿電壓、輸出高和低電壓、輸出驅(qū)動電流和電源電流。
3.3.2動態(tài)參數(shù)是元件在一個運行條件下測定的參數(shù)。這些可能包括但是不限于，在一個規(guī)定負荷條件下，輸出上升和下降時的全部功能，以及動態(tài)電流消耗。
3.4 靜電放電敏感度 （ESDS）
引起元件失效的ESD級別。
3.5 靜電放電耐壓
不引起元件失效的濟大靜電放電級別。
3.6 人體模型（HBM）ESD
一個ESD現(xiàn)象，符合標準中規(guī)定的波形條件，近似從典型人體指尖的放電。
3.7 機器模型（MM）ESD
符合機器模型標準S5.2中規(guī)定條件的一個ESD現(xiàn)象。
3.8 人體模型靜電放電測試器
對一個元件使用人體模型靜電放電的設備（在這個標準中歸類于“檢測器”）。
3.9 激振
高頻振蕩疊加在波形上。
3.10 步進壓力老化測試
一個工藝過程。由于一個元件在受到遞增的靜電放電電壓時，比相似的另一個元件在受到單一電壓時的較低級別，能夠經(jīng)受住更高的壓力級別。例如，一個元件如果受到單一的壓力，可能在一千伏失效，但如果壓力起始于低電壓，例如250伏，再逐步增加到更高的電壓，失效在三千伏。
4.HBM ESDS 元件分級
ESD敏感元件的分類是依照它們的人體模型靜電放電（HBM ESD）耐壓，而不管極性如何。人體模型靜電放電敏感度（HBM ESDS）元件分類級別示于表1。
表1 HBM ESDS元件分級
級別 | 電壓范圍 |
0 | <250 |
1A | 250到<500 |
1B | 500到<1000 |
1C | 1000到<2000 |
2 | 2000到<4000 |
3A | 4000到<8000 |
3B | ≥8000 |
5.必需的設備
5.1 體模型靜電放電測試器
符合標準要求的ESD測試器是一個組合設備。（原理圖見圖1，產(chǎn)生符合波形特性的脈沖規(guī)定在圖2和3）。
5.2 波形驗證設備
設備能夠驗證本標準中脈沖波形，包括但不限于：一個示波器、二個評估負載、和一個電流傳感器。
5.2.1 示波器要求：
a.濟小靈敏度為每一主要分區(qū)（典型為一個厘米）100毫安培，與之一起使用的電流傳感器規(guī)定在弟5.2.3節(jié)。
b.濟小單獨發(fā)射帶寬350兆赫。
c.濟小記錄速度為一個主要分區(qū)1納秒。
5.2.2評價負載。二個檢驗測試器功能必需的評價負載。
a.負載1：一個實心的18-24個美國線規(guī)（0.3到0.1毫米2截面）鍍錫銅質(zhì)短路線，當穿過電流探頭時，如同跨越在插座中二個濟遠插腳之間實際可行的距離一樣短。
b.負載2：一個500歐姆，±1%，1000伏特，低感應系數(shù)，真空涂電阻（Caddock公司型號MG714或同等產(chǎn)品）。
5.2.3 電流傳感器要求：
a.濟小帶寬350兆赫。
b.峰值脈沖能力12安培。
c.上升時間小于1個納秒。
d.接受能力1.毫米直徑的固體導體。
e.提供弟5...節(jié)所需要的每毫安培輸出電壓（通常在每毫安培1和5個毫伏之間）。
泰克(Tektronix)公司CT-1,或符合這些要求和具有的濟大電纜長度為1米的同等產(chǎn)品。
6.設備和波形要求
6.1 設備校準
測試器的全部評價設備將按制造者的推薦定期校準。包括示波器、電流傳感器和高壓電阻負載。濟大的校準間隔時間為一年。校準將根據(jù)國家標準進行，如美國的國家標準技術(shù)學會（NEST）標準或可參照的國際標準。
6.2 測試器鑒定和再鑒定
HBM ESD測試器的濟初鑒定，如同ESD測試器被交貨或弟一次使用時的驗收測試一樣，應按照弟7節(jié)執(zhí)行。
HBM ESD測試器的再鑒定，應按照弟7.1節(jié)的描述和制造者的推薦執(zhí)行。全部再鑒定測試的濟大間隔時間是一年。
修理或者維護之后可能影響波形,應按弟7.3節(jié)運行測試器驗證.使用濟高引腳數(shù)的帶有一個肯定夾緊插座的測試固定板,來驗證波形。對全部其他的測試固定板,當它們在使用時,將按弟8.1.2節(jié)被例行檢查。
注1：一個肯定夾緊的測試插座，具有一個零插入力（ZIF）插座和一個夾緊機構(gòu)。它允許短路線容易進入插座并被夾緊。例子是雙列直插式管殼（DIP）零插入力插座和網(wǎng)格插（PGA）零插入力插座。
6.3 測試器波形記錄
6.3.1測試器波形記錄：新的設備在測試器濟初鑒定程序進行的時候，記錄正和負的波形（使用相片或數(shù)字化波形）。使用在弟7.2節(jié)規(guī)定的電壓級別，按弟7.1節(jié)測試每個插座。保留小型記錄直到下一次校準，或由內(nèi)部的記錄保管規(guī)程指定保留時間。
6.3.2測試器波形記錄:舊的設備記錄正和負的波形,按弟7.1節(jié)所規(guī)定,使用短路電線和500歐姆的負荷電阻,使用濟高引腳數(shù)的帶有一個肯定夾緊插座的測試固定件,按設備制造者所推薦的時間或在每年的校準周期期間運行這些測試.保留波形記錄直到下一次校準,或由內(nèi)部的記錄保管規(guī)程指定保留時間。
7.鑒定和驗證程序
7.1 HBM ESD測試器和測試固定板鑒定程序
HBM ESD測試器鑒定，必須確保峰值短路電流（1ps）波形的完整性，如圖2a，2b和3中所示。
對于濟初鑒定，在測試固定板上的每個插座都要進行。
對于測試器的再鑒定，它僅需使用濟高插腳數(shù)據(jù)的事宜一個肯定夾緊插座的測試固定板。全部其他的肯定夾緊測試固定板，當它們在使用時，將按弟8.1.2節(jié)檢查。
7.1.1 核對測試固定插腳的電氣連接.
7.1.2新測試因定板的鑒定
7.1.2.1對每個插座,識別出插座插腳到達脈沖發(fā)生電路的濟短配線路徑,把這個插腳連接到終端B.依次連接每個插座的另一個插腳到終端A.使用短路線,加上±1000伏特脈沖.全部波形參數(shù)應不超出圖2a和圖3所規(guī)定的極限.
7.1.3 現(xiàn)有測試固定板的鑒定.
7.1.3.1為每個在測試因定板上的測試插座規(guī)定相關(guān)的插腳對,識別出從脈沖發(fā)生器電路到測試插座具有濟短配線路徑的插座插腳，連接這個插腳到終端B.識別出從脈沖發(fā)生器電路到ESD壓力插座具有長配線路徑的插腳,連接這個插腳到終端A.作為選擇此相關(guān)的插腳對,可能在以前機器模型(MM)測試的暑假被確定過.(參見 ESD-S5.2)
7.1.3.2在相關(guān)的插腳對之間加短路線,連接終端A和終端B.把電流傳感器圍繞短路線放置,實際中接近終端B,注意在圖1中的極性顯示.
I 對肯定夾緊插座,插入短路線,在插座插腳之間連接A和B.
II對非肯定夾緊插座,加短路線到測試固定件的插座插腳之間連接終端A和B.此連接點將盡可能接近測試插座插腳.
7.1.3.3應用5正和5負的脈沖.在1000伏特、2000伏特和4000伏特觀察波形。校驗波形的全部參數(shù)是否符合圖2a的規(guī)定。
7.1.3.4以500歐姆電阻代替短路線。電阻末端的導線將穿過電流傳感器連接到B，注意顯示在圖1中的極性。
7.1.3.5在1000和4000伏特觀察正和負的波形。校驗小型的全部參數(shù)是否符合圖3的規(guī)定。
7.1.3.6將示波器的水平時間標度設定為每區(qū)分1毫秒。使用短路線，啟動任何寄生脈沖小于主脈沖振幅15%的脈沖和校驗。
7.2波形驗證程序
使用下列程序校驗波形.
7.2.1核對測試插座固定板上所有插腳的電氣連接.
7.2.2在相關(guān)的插腳對之間輥上短路線.把電流傳感器圍繞短路線放置,實際中接近終端B,注意圖1中的極性顯示.
7.2.3使用短路線,在1000和4000伏特(或者對要測試的壓力級別)校驗正和負兩者的波形.如果測試必須在4000V以上運行,即在8000V,校驗波形.校驗波形的全部參數(shù)應符合圖2a的規(guī)定.
7.2.4將示波器的水平時間標度設定為每區(qū)分1毫米.啟動任何寄生脈沖小于主脈沖振幅15%的脈沖和校驗.
7.3維護之后的波形驗證
測試器在任何的修理和維護之后按制造者推薦和弟7.1節(jié),校驗波形的全部參數(shù)應符合圖2a規(guī)定.
8.ESDS 測試要求和程序
8.1測試要求
8.1.1元件的裝卸.在測試之前、之呂和之后裝卸元件的暑假，ESD損害防護程序。
8.1.2必需的波形檢查。校驗波形完整性（在弟7.2節(jié)描述）,使用短路線在±1000伏特或按電壓級別測試.對規(guī)定的相關(guān)插腳對,按弟7.1.3節(jié)所指示,進行波形的完整性檢查。
對肯定夾緊插座,在測試固定板每次變更時,此項波形檢查是必需的.對所有其他類型的插座,此項波形檢查推薦進行.
如果必須移動測試固定板和置換一個帶肯定夾緊插座的測試固定板,來幫助波形測量,至少對每一次變動都要校驗波形.如果對幾次連續(xù)的檢查,觀察到波形沒有改變，可以在波形檢查之間使用較長的周期。然而,如果在全部ESD電壓測試之后，波形不再符合規(guī)定的界限,應考慮前面滿意的波形檢查是無效的.
如果ESD電壓測試運行在連續(xù)的轉(zhuǎn)換中,波形檢查在一次轉(zhuǎn)換結(jié)束時,也可作為是以下轉(zhuǎn)換的初始檢查.
8.1.3高電壓放電路徑檢查.在每天開始ESD電壓測試時,使用測試器制造者推薦的程序,測試高電壓放電路徑和全部關(guān)聯(lián)電路。如果發(fā)現(xiàn)任何故障,不再使用損壞的帶有插座的放電路徑進行測試.修理測試器,然后按弟7.3節(jié)重新取得資格.
8.1.4元件靜態(tài)和動態(tài)測試.在ESD測試之前和之后,進行元件的全部靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)測試,以確定元件是否已經(jīng)損壞.在測定元件ESD耐壓的時候,插腳泄漏電流可能是**的指示.但以插腳泄漏作為元件失效的**標準是不充分的,尤其是對于復雜的集成電路.
8.1.5插腳組合.
使用于全部集成電路ESD耐壓測試的插腳組合,給出定在表2和弟8.1.5.1節(jié)中.
插腳組合(n)是插腳組合的總數(shù).這個從元件到無件的改變,取決于同樣名稱電源插腳編號的集合.表2中的Vps(i)是任何同樣名稱的電源或接地插腳組(例如Vcc、Vss、Bdd、模擬地、數(shù)字式地等等)，在芯片上或在管殼內(nèi)部是金屬連接的（小于2歐姆）。經(jīng)芯片片基、或電位阱、或相互電氣絕緣的同樣名稱插腳之間有阻抗連接（超過2歐姆），為了測試被除數(shù)認為是分開的組。（也就是說，如果二個插腳的標記是Vcc，但卻不是金屬的小于2歐姆的芯片或管殼內(nèi)部連接，他們將看作是明顯分開的Vps（I）組。）
僅僅提供電流到界面、或到其他插腳的那些插腳將被認為是電源插腳。如Vcc、Vdd、地、Vss、Vee、±Vs和-Vs被認為是電源供給插腳。這些插腳通過其他插腳周圍接近的界面這一路徑提供電流給輸入和輸出緩沖。
如偏移調(diào)整、校正、時鐘、控制、地址、數(shù)據(jù)、Vref|、未連接（NC）、輸出和輸入這樣的插腳，被認為是非電源供給插腳。舉例來說，一個編程電源插，通常叫做Vpp，將被認為是一個非電源供給插腳，因為它不對任何其他插腳的界面提供電流，也不是任何非電源插腳的兩極管降壓叫源。
對插腳組合進一步的澄清，見附錄A中的例子。為了ESD耐壓測試，用于全部有源和無源分立元件和元件陣列的插腳組合，給定在弟8.1.5節(jié)中。
8.1.5.1對于全部分立元件和元件陣列的插腳組合包括無源的和有源的元件).全部可能的插腳對組合(一個插腳到終端A,另一個到終端B)不考慮插腳的功能.
8.2HBM 分級和ESD壓力測試程序
元件依照他們的HBM ESD耐壓分類.按照下面的程序在ESD壓力測試.允許使用表3中任何的電壓級別作為開始的電壓級別.如果需要,三個新的元件可以使用各自的電壓水平或插腳組合。這將排除任何步進壓力使之變強的效果，和減少由于在電源插腳上累積的電壓造成早期失效的可能性。然而,如果是一個強調(diào)各自壓力級別的三個元件的單一組合,那么要避免可能的ESD脆弱窗口傷害,推薦不要錯過任何的壓力步進方式.
ESD分級測試被認為對元件是破壞性的，即使不發(fā)生元件失效.
表2 全部數(shù)字、模擬和混合集成電路的插腳組合
插腳組合 | 個別地連接到終端A | 連接到終端B | 不固定的插腳 (不連接) |
1 | 每次全部插腳,連接到終端B的插腳除外 | Vps(1) [弟一電源插腳] | 全部插腳，在測試中的插腳（PUT）和Vps（1） [弟一電源插腳]除外 |
2 | 每次全部插腳,連接到終端B的插腳除外 | Vps(2) [弟二電源插腳 | 全部插腳， PUT和Vps（2） [弟二電源插腳]除外 |
i | 每次全部插腳,連接到終端B的插腳除外 | Vps(i) [弟i電源插腳 [1,2,……I] | 全部插腳，PUT和Vps（i）除外 |
n-1 | 每次全部插腳,連接到終端B的插腳除外 | Vps(n-1) | 全部插腳，PUT和Vps（n-1）除外 |
n | 每次全部非Vps(i)插腳 | 全部其他非Vps(i)插腳，連接到終端A的插腳除外 [弟一電源插腳 | 全部Vps（i）插腳 |
表3 HBM ESD 壓力級別
壓力級別 | 等值充電（±）電壓 Vp（伏特） |
1 | 250 |
2 | 500 |
3 | 1000 |
4 | 2000 |
5 | 40000 |
6 | 8000（任意的） |
注2：一個元件可能在4000V通過從早到晚在2000V失效，這叫做一扇元件失效窗口。為了避免這個失效窗口，推薦元件按表3中的規(guī)定，在各自的分類級別測試。
使用下列程序?qū)υ诸悾?/font>
8.2.2測試濟少有三個全部指定靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)的元件樣品。8.2.2從表3確定開始加壓的電壓級別。按弟8.1.5節(jié)所述選擇弟一個插腳組合測試。
8.2.3加一個正的和一個負的脈沖到元件。在脈管炎沖之間允許濟小為0.3秒的間隔。按弟8.1.5節(jié)所述，對所有其他的插腳組合重復這一過程。
注3：每極性一個脈沖是對以前5.1HBM標準（1991、1993）的一項重要改變，以前是每極性三個脈沖。
8.2.4對每個元件測試全部靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)并記錄各自的結(jié)果。參數(shù)和功能測試必須在室溫進行。如果需要在多溫度下測試，應首先在濟低的溫度進行。
如果三個元件全部通過規(guī)定的參數(shù)數(shù)據(jù)，重復弟8.2.3節(jié)的步驟直到弟8.2.4節(jié)，使用表3中下一個更高的壓力級別。如果需要，三個新的元件可以使用各自的電壓級別或插腳組合。
8.2.5如果一個或更多的元件失效，使用三個新的元件，在一個較低的壓力級別開始，重做ESD壓力測試。如果此元件繼續(xù)失效，減少壓力電壓直至表3中的級別1。如果在級別1觀察到任何其他的失效，在這個級別停止全部測試。
