浅谈电子设备类和电子器件类的静电测试

范凌云 于彩成

（1.珠海格力电器股份有限公司标准管理部 广东珠海 519070;2.江苏永尚能源科技有限公司 江苏无锡 214000）

浅谈电子设备类和电子器件类的静电测试

范凌云1于彩成2

（1.珠海格力电器股份有限公司标准管理部 广东珠海 519070;2.江苏永尚能源科技有限公司 江苏无锡 214000）

静电放电是一个复杂多变的随机过程，同时静电放电有许多不同的放电形式，产生静电放电的静电源多种多样。根据不同场合静电放电的主要特点可以建立相应的静电放电模型来模拟静电放电的主要特征，同时指定相应的测试方法，静电测试分为电子设备级（系统级）静电测试和电子器件级（元件级）静电测试，其所用的测试方法和测试仪器都不相同。

静电放电 (ESD)

目前我公司电子设备类有控制器、显示器等，其静电测试方法执行IEC 61000-4-2和GB/T 17626.2标准；电子器件有芯片、二极管、IC等，其静电测试方法执行JEDEC JESD 22-A114E-2006和EIA JESD 22-A115-A-1997，本文依照上述标准，分别谈谈电子设备类和电子器件类的静电测试方法和标准要求。

1 电子设备类（系统级）的静电测试

对于电子设备类一般有两种测试方法，分别为空气放电和接触放电。

（1）空气放电

空气放电是将试验发生器的充电电极靠近设备并由火花对受试设备激励放电的一种实验方法。

（2）接触放电

接触放电是试验发生器的电极保持与受试设备的接触，并由发生器内的放电开关激励的一种实验方法。

空气放电、接触放电两种测试方法的试验等级如表1。

空气放电、接触放电两种测试方法的静电

放电发生器的简图如图1所示。

图1中的电路参数如下：

储能电容C：150(1±10)%PF；

放电电阻Rd：330Ω；

充电电阻Rc：50～100M。

对于接触放电，其电流输出波形如图2。

图2中的波形参数如表2所示。

对于空气放电而言是没有标准波形的，其原因在于空气放电模式下受到间隙周围物理状况、带电体运动速度的影响很大，不具有可重复性，由于实际的静电现象都与火花放电有关，所以测试标准更应该适当考虑空气放电的情况。空气放电虽然没有标准波形，但其空气放电峰值Ip、充电电压Vc、电流上升时间t满足经验公式（1）。

从公式（1）可以看出：空气放电电流峰值Ip与充电电压Vc的比值，与电流上升时间的幂次方tε成正比，电流上升时间的指数ε取决于不同的静电发生器。

接触放电是优先使用的试验方法，空气放电则用在不能使用接触放电的场合中。

目前我们对于控制器等静电测试采取的是空气放电测试方法，且要求带电测试，且要求其静电等级不小于4级，即通过15kV的静电测试。

对于空调整机静电测试要求，我们执行GB 4343.2-2009标准，采用空气放电和接触放电测试方法，且要求空气放电满足10kV的静电测试，接触放电满足4kV的静电测试。

2 关于电子器件类（元件级）的静电测试

目前，从行业来说，建立电子器件静电放电敏感度的通用方法是从三种常用于描述静电放电特性的放电模式中，即人体模式（HBM）、机器模式（MM）、带电器件模式（CDM）选用一种或多种模型，后根据产品的生产和使用环境选择最合适的静电等级对电子器件进行测试。对于电子器件类的静电测试，其都属于狭义上的“接触放电”，下面先介绍三种模式。

2.1 人体模式

人体积累了静电后接触芯片，静电会瞬间从芯片某个端口进入，再经由另一端口泄放至地，此过程会在几百纳秒（ns）内产生数安培的瞬间电流把芯片器件烧毁，即带电人体对器件放电，导致器件损坏，放电途径为：人体——器件——地。等效电路图见图3，其中人体等效电容定为100pF，等效放电电阻为1500Ω，其静电等级见表3。

按JESD 22-A114规定的测试方法进行测试，图3为典型测试线路图。

先分别使用短接线、500Ω电阻修正测试波形使其满足图4、图5和表4的要求。

要求通过短接线和500Ω电阻的电流波形应该满足表4特性。

2.2 机器模式

在芯片制造过程中积累在机器手臂上的静电电荷接触芯片时通过芯片的管脚瞬间泄放静电电流，即带电设备对器件放电，导致器件损坏。放电途径为：机器——器件——地。因大多数机器都是金属制造，其机器放电模式的等效电阻（Rs）约为0Ω，但其等效电容（Cc）定为200pF。由于机器放电模式的等效电阻小，故其放电的过程更短，在几纳秒到几十纳秒之内产生数安培的瞬间电流。其静电等级见表5。

按JESD 22-A115规定的测试方法进行测试，图6为典型测试线路图。

表1 试验等级

表2 波形参数

表3 静电等级

表4 通过短接线和500Ω电阻的电流波形参数（HBM）

表5 机器模式静电等级

表6 通过短接线和500Ω电阻的电流波形参数（MM）

表7 带电器件模型静电等级

表8 参数对比

先分别使用短接线、500Ω电阻修正测试波形使其满足图7、图8和表6的要求。

要求通过短接线和500Ω电阻的电流波形应该满足表6特性。

2.3 带电器件模型

芯片的制造和运输过程中因摩擦生电积累静电荷，但在静电积累的过程中集成电路并未被损伤，当其管脚与地接触的瞬间，芯片内部的静电便会由经管脚向外泄放电流。该模式放电的时间更短，仅在几纳秒之内，而且很难真实模拟其放电现象。因为芯片内部的静电会因芯片器件本身对地的等效电容而变，芯片摆放的角度以及芯片所用的封装形式都会造成不同的等效电容，即带电器件直接对地放电。放电途径为：器件——地。其静电等级见表7。

目前我们的电子器件静电测试应用两种模型：人体模型（HBM）、机器模型（MM）。

根据生产线的静电环境和参考相关标准要求，对于电子器件的静电等级需满足：

人体模型：至少满足2级要求，即大于2000V要求；

机器模型：至少满足M3级要求，即大于200V要求。

3 元器件与系统级别的抗静电人体模式对比

关于电子器件类（元件级）器件静电测试依据国标GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序》，其检验IC的抗静电人体模式要求如图9。

图1 静电放电发生器简图

图2 静电放电发生器输出电流的典型波形

图3 人体模式典型测试线路图

图5 通过500Ω电阻的电流波形（HBM）

电子设备类（系统级）的静电测试依据国标GB/T 17626.2-2006《电磁兼容 试验和测量技术静电放电抗扰度试验》，其检验系统级电子产品所依据的要求如图10。

根据图9、图10得出具体试验电路和参数对比，见表8。

图4 通过短接线的电流波形（HBM）

放电峰值电流比较如图11和表9。

从上述比较可看出系统级别的人体模式静电测试峰值放电电流大概是元器件级别的5～6倍。所以我们必须针对不同的试验对象使用不同

的试验方法才能对应其试验等级对试验对象进行合理的分类和评判。

4 结束语

静电测试是电子设备和电子器件类中一项重要的安全检测项目，由于静压等级不符合标准要求而发生器件损坏的事例屡见不鲜，所以对电子设备和电器件的静电放电敏感性和防护水平的评估非常必要，本文分别从电子设备（系统级）、电子器件（元件级）方面，简单阐述了两者静电测试的原理、方法和等级等各方面的不同，希望能为静电测试方面带来一些启迪。

表9 放电峰值电流对比

图6 机器模式典型测试线路图

图7 通过短接线的400V电压放电电流波形（MM）

图8 通过500Ω电阻的400V电压放电电流波形（MM）

图9 电子器件类（元件级）器件静电测试原理图（详细测试步骤见GJB 548B-2005的PDF文档313～316）

[1] IEC 61000-4-2《电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》(国际电磁兼容)

[2] JEDEC JESD22-A114E《人体模式(HBM)静电放电敏感测试》(美国综合)

[3] EIA JESD22-A115-A-1997《机器模式(MM)静电放电敏感测试》(美国综合)

[4] GB/T 17626.2《电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》

[5] GJB 548B《微电子器件试验方法和程序》

The analysis on electrostatic discharge test for electronic equipment and electronic component

FAN Lingyun1YU Caicheng2
(1.GREE Electric Appliances.INC.of Zhuhai Zhuhai 519070；2.Jiangsu YongShang Energy Technology Co., Ltd. Wuxi 214000)

Electrostatic discharge is a variational and stochastic process. It has many kinds of static electricity discharges and Electrostatic source. There are several models and test methods of Electrostatic discharge, use for simulating static electricity discharges. Electrostatic discharge test has two test methods for electronic equipment and for electronic component. They have different test methods and test equipment.

Electrostatic discharge (ESD)

图10 电子设备类（系统级）的静电测试原理图（详细测试见GB/T 17626.2-2006）

图11 放电峰值电流波形