目前的ESD測試標準有很多種，一般可分為芯片級和系統級，芯片級的測試包括多種靜電放電模型，主要有人體模型(HBM)、機器模型(MM)、組件充電模型(CDM)等，系統級測試則包含直接放電和間接放電兩種方式，以下將詳細介紹各模型相應的測試標準。
一、芯片級ESD測試
1.1、人體模型(HBM)
人體模型是*常見(jiàn)的，也是*早提出的模型，人體模型是根據帶有靜電的人體在操作過(guò)程中與其它裝置或元器件接觸或接近，并將貯存于人體的靜電通過(guò)裝置或元器件等對地放電致使其失效而建立的ESD模型。當帶有靜電的人體接觸元器件時(shí)，在短到幾百納秒的時(shí)間內將產(chǎn)生數安培的瞬間放電電流。
20世紀80年代，美國**司令部發(fā)布的DOD1686標準中用100pF的電容器串聯(lián)1.5KΩ的電阻作為標準人體ESD模型，后續發(fā)布的美軍標MIL-STD-883C仍使用這一人體ESD模型。HBM測試標準主要有:MIL-STD-883E，JESD22-A114E;圖1和圖2分別是JESD22-A114E中規定的HBM測試電路模型和典型放電電流波形。
圖1 HBM測試電路模型
圖2HBM電流波形
按JESD22-114E進(jìn)行測試時(shí)波形發(fā)生器提供的峰值電流與信號上升時(shí)間如下表:
JESD22-114E標準中規定的人體模型下靜電敏感度分級如下表:
1.2、機器模型(MM)
靜電敏感器件在組裝過(guò)程中會(huì )涉及到許多金屬夾具如機械手臂等，當這些金屬帶上靜電并靠近組件時(shí)，會(huì )發(fā)生金屬-組件之間的快速放電，機器模型表現出來(lái)的特征是低壓高流，會(huì )直接燒壞組件本身。機器模型的等效電路與人體模型類(lèi)似，等效電容為200pF，等效電阻為0，由于機器模型放電時(shí)沒(méi)有電阻，且等效電容大于人體模型，因此在同等電壓條件下，機器模型比人體模型對器件的損害更大。MM測試標準主要有:EIAJ-IC-121，JESD22-A115B;圖3和圖4分別是JESD22-A115B中規定的MM測試電路模型和典型放電電流波形。
圖3 MM測試電路模型
圖4 MM電流波形
按JESD22-114E進(jìn)行測試時(shí)波形發(fā)生器提供的峰值電流與信號上升時(shí)間如下表:
1.3、組件充電模型(CDM)
半導體器件在生產(chǎn)裝配、傳遞、試驗、測試和運輸及存貯過(guò)程中，由于外殼與其它材料相互摩擦或是其它因素產(chǎn)生電荷的積累，當帶有靜電的器件任一引腳與地接觸時(shí)，器件內部的電荷會(huì )通過(guò)該引腳流出從而造成放電現象，此種模型的放電時(shí)間更短，僅幾個(gè)納秒。由于器件內部累積的靜電會(huì )因對地的等效電容值而變，而等效電容值又和器件擺放的角度與位置以及器件所用的包裝型式有關(guān)，所以放電現象更難以真實(shí)模擬。CDM測試標準主要有:JESD22-C101，ESD STM5.3;圖5、圖6分別為JESD22-C101中規定的CDM測試電路模型和典型放電電流波形。
圖5CDM測試電路模型
圖6CDM電流波形
按JESD22-C101D進(jìn)行測試時(shí)信號發(fā)生器提供的峰值電流與信號上升時(shí)間如下表:
JESD22-114E標準中規定的組件充電模型下靜電敏感度分級如下表:
二、系統級ESD測試
系統級ESD測試又稱(chēng)為靜電放電抗擾度測試，是模擬操作人員或物體在接觸設備時(shí)產(chǎn)生的放電或是人或物體對鄰近物體的放電，以檢測被測設備抗靜電干擾的能力。靜電抗干擾度測試標準主要有:IEC61000-4-2。
IEC標準規定的靜電放電方式有兩種:
(1)直接放電:直接對受試設備實(shí)施放電;
(2)間接放電:對受試設備附近的耦合板實(shí)施放電，以模擬人員對受試設備附近的物體的放電。
圖7、圖8分別為IEC61000-4-2中規定的靜電放電發(fā)生器電路和典型放電波形。
圖7 靜電放電發(fā)生器電路
圖8 電流波形
直接放電有兩種方式，接觸放電和空氣放電。
接觸放電是針對半成品電子產(chǎn)品或是含有金屬外殼的電子產(chǎn)品，即人體可以接觸到的部份，對這一部分采用接觸式放電，模擬在生產(chǎn)或運輸以及使用過(guò)程中可能存在的人體放電導致電子產(chǎn)品損壞的情況。
空氣放電是針對塑料外殼或者金屬外殼外面涂有絕緣漆的一種放電方式，這種放電方式不通過(guò)直接接觸而是通過(guò)高壓靜電脈沖擊穿空氣，傳輸到產(chǎn)品內部導致電子產(chǎn)品或元器件損壞的一種方式，主要考驗的是塑料外殼接縫或按鍵縫隙的緊密性、絕緣性能。
標準規定，接觸放電是優(yōu)先選擇的試驗方法，凡可以用接觸放電的地方一律用接觸放電，空氣放電則用在不能使用接觸放電的場(chǎng)合。如對于有鍍膜的產(chǎn)品，如制造商未說(shuō)明漆膜是絕緣層，試驗時(shí)需使用接觸放電的電極頭**刺破漆膜進(jìn)行放電試驗，若漆膜為絕緣層，則采用空氣放電。
IEC中規定的靜電放電試驗等級如下表:
“X”是開(kāi)放等級，如果規定高于表格中的電壓，則可能需要專(zhuān)用的設備。
試驗點(diǎn)主要選擇以下位置:
(1)金屬外殼。
(2)控制或鍵盤(pán)區域任何點(diǎn)或是操作人員易接近的區域如開(kāi)關(guān)、按鍵、旋鈕、按鈕等。
(3)指示器、發(fā)光二極管、外殼縫隙、柵格、連接器罩等。
每一個(gè)實(shí)驗點(diǎn)上應至進(jìn)行10次放電實(shí)驗(正或負極性)，連續單次放電時(shí)間間隔應至少大于1秒。
間接放電指對水平耦合板和垂直耦合板進(jìn)行放電，耦合板距離設備一定距離(通常為0.1m)，并通過(guò)兩個(gè)470K歐的電阻接地，所以當對耦合板放電時(shí)，通過(guò)耦合板形成可重復的靜電場(chǎng)，對設備進(jìn)行干擾，模擬設備抗靜電場(chǎng)干擾的能力。
由于受試設備和系統的多樣化，靜電試驗會(huì )對設備和系統產(chǎn)生何種影響比較難以明確，若產(chǎn)品技術(shù)規范沒(méi)有給出明確的技術(shù)要求，則試驗結果應該按受試設備的運行條件和功能規范進(jìn)行如下分類(lèi):
(1)在技術(shù)要求限值內性能正常;
(2)功能或性能暫時(shí)喪失或降低，但在實(shí)驗停止后能自行恢復，不需要操作者干預;
(3)功能或性能暫時(shí)喪失或降低，但需操作者干預或系統復位才能恢復;
(4)因設備硬件或軟件損壞，或數據丟失而造成不能恢復的功能喪失或性能降低。
技術(shù)規范中可以定義靜電試驗對受試設備產(chǎn)生的影響，并規定哪些影響是可以接受的。
一般來(lái)說(shuō)，如果受試設備在整個(gè)試驗期間顯示較強的抗靜電干擾性，并且在試驗結束后，受試設備滿(mǎn)足技術(shù)規范中的功能要求，則表明試驗合格。
