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HBM模型与IEC61000-4-2静电放电测试标准的区别

嘉峪检测网        2023-04-26 15:40

     尽管HBM模型和IEC61000-4-2标准所模拟的ESD来源都是外部带静电的人体或物体,但两种标准面向的被放电的具体对象是不同的,并且他们的测试要求有几个最重要的差别值得注意。
 
1、静电放电的电流和泄放能量
 
      两种标准的一个关键差别就是静电电压放电的峰值电流。如下表列示,8KV HBM放电的峰值电流相较低于2KV IEC61000-4-2放电的峰值电流。而在8KV(系统级静电放电的通常要求)静电电压水平下,IEC61000-4-2放电的峰值电流甚至比最高性能的半导体器件的设计阈值电流高22倍。
 
表5 HBM vs IEC61000-4-2标准的峰值电流@接触放电方式
 
      放电电流的大小对于集成电路芯片在ESD放电下是否遭受损伤至关重要,大的放电电流可能导致结失效以及金属化走线烧融,对于标称8KV HBM静电防护等级的芯片有可能被2KV IEC标准放电损坏。因此,系统设计工程师不能根据HBM等级来确定产品发送到终端客户后系统是否幸免于ESD放电。
 
2、静电放电的上升时间
 
      另一个不同之处就是静电电压放电的上升时间。HBM模型规定放电上升时间可以是25ns@500Ω负载。而IEC的放电脉冲上升时间少于1ns, 并在30ns内耗散了大部分能量。对于以HBM标准标定静电防护等级的芯片而言,假如其内部保护电路的响应时间为25ns,器件可能在内部的保护电路起作用之前就被IEC模式的静电放电损伤了。另外快速的放电脉冲还会对设备造成比较严重的EMI辐射干扰。
 
3、测试过程静电放电次数
 
      再一个不同就是HBM和IEC标准对测试试验的样本数量和放电次数的规定。HBM标准要求采用3个待测芯片样本,但每个芯片仅被进行一次正向和负向静电脉冲放电测试。而IEC则要求对待测的整机系统在预选点上,至少施加十次单次放电(以最敏感的极性)。一个装置有可能在遭到第一次放电冲击后幸存下来,但在承受后续的多次放电后失效,这是由于在失效之前的几次放电中受到损伤。在当今的应用环境中,系统在其生命周期内完全可能会受到多次外部静电冲击的影响,因此系统供应商采用比IEC 61000-4-2标准中规定的最少10次放电试验更多的放电次数来测试他们的系统也是很常见的。
 
      结语:再次强调HBM(以及MM、CDM)是面向半导体器件的静电放电测试模型,主要用于指导半导体的生产制造和加工,包括半导体的生产封测厂、以及使用成品芯片进行PCBA装联电路板和装配调测生产厂内全过程中的ESD管控标准应远低于所有被加工的元器件中最低ESD耐压等级,即厂内所有静电防护区域(EPA)的ESD电压通常被要求低于100V、甚至更低。而在进行产品设计选择元器件时,应尽量选用ESD耐压等级较高的元器件,以提高产品的可靠性。
 
      IEC61000-4-2则是针对系统或设备的整机测试标准。用于衡量整机系统在现实环境中承受外部ESD直接或间接干扰的能力。
 
4、参考文献
    Human Body Model(HBM) vs. IEC IEC61000-4-2  White Paper,Jan. 2008 California Micro Devices
 
 

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来源:易瑞来可靠性工程