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ESD基础知识第5部分:器件灵敏度和测试
发布时间:2020-08-25 09:56浏览次数:

在  本系列的第二部分 中,我们指出成功的静态控制程序的关键要素是识别对ESD敏感的项目(组件,组件和最终产品)及其敏感度。ESD事件对ESDS设备的损坏取决于设备耗散放电能量或承受所涉及电流水平的能力。这就是所谓的设备“ ESD敏感性”或“ ESD敏感性”。

某些设备可能会更容易因自动化设备内发生的放电而损坏,而另一些设备则更容易受到人员操作的损坏。在本文中,我们将介绍用于表征,确定和分类组件对ESD敏感性的模型和测试过程。这些测试程序基于ESD事件的两个主要模型:人体模型(HBM)和充电设备模型(CDM)。用于执行组件测试的模型无法复制所有可能的ESD事件的全部频谱。尽管如此,这些模型已被证明可以成功地再现所有ESD现场故障信号的99%以上。通过使用标准化的测试程序,行业可以

开发并测量合适的片上保护。

允许在设备之间进行比较。

提供ESD敏感性分类系统,以协助ESD设计和监视制造和装配环境的要求。

有成文的测试程序,以确保结果可靠且可重复。

人体模型(HBM)测试

静电损坏的最常见原因之一是静电电荷通过重要的串联电阻器直接从人体或从带电材料传递到静电放电敏感(ESDS)设备。当一个人走过地板时,人体上会积聚静电。手指与ESDS设备或组件的引线的简单接触即可使身体放电,从而可能损坏设备。用于模拟此事件的模型是人体模型(HBM)。

图1:典型的人体模型电路

人体模型是最古老且最常用的模型,用于对设备对ESD的敏感性进行分类。HBM测试模型代表了直立个体指尖从放电到设备的放电。它通过一个通过开关组件放电的100 pF电容器和一个进入组件的1.5kW串联电阻来建模。该模型可追溯到19世纪,是为调查矿井中混合气体爆炸而开发的。它已被军方在MIL-STD-883方法3015中采用,并在ANSI / ESDA-JEDEC JS-001-2010 :静电放电敏感度测试-人体模型中引用。本文档分别替代了先前的ESDA和JEDEC方法STM5.1-2007和JESD22-A114F。图1给出了典型的人体模型电路。

HBM敏感性测试通常使用自动化测试系统进行。该设备被放置在测试系统中,并通过继电器矩阵进行接触。应用了ESD zaps。如果零件不符合数据表参数,则使用参数和功能测试将其确定为发生故障。

充电设备模型(CDM)测试

图3:典型的充电设备模型测试

来自  ESDS设备的电荷转移  也是ESD事件。例如,设备可能会因为在自动装配机中滑下送料器而带电。如果它随后接触到插入头或处于较低电势的另一个导电表面,则可能会发生从设备到金属物体的快速放电。对于某些设备,此事件称为“充电设备模型(CDM)”事件,它比HBM更具破坏性。尽管放电的持续时间非常短(通常不到一纳秒),但峰值电流却可以达到几十安培。

CDM的设备测试标准  (ESD STM5.3.1:静电放电敏感度测试-带电设备模型)  最初于1999年发布。测试过程包括将设备放置在现场板上,其引线朝上,然后对其充电并放电。设备。图3说明了典型的CDM测试电路。CDM 5.3.1 ESDA文件最新发布于2009年。

其他测试方法

机器型号(MM)测试

图2:典型的机器模型电路

形状和尺寸与HBM事件不同的放电也可能会从带电的导电物体(例如金属工具,自动设备或固定装置)中发生。该模型起源于日本,是试图创建最坏情况的HBM事件的结果,被称为机器模型。该ESD模型由一个200 pF电容器组成,该电容器直接放电到一个组件中,而输出电路中没有串联直流电阻。业界正在将这种模型从资格要求中删除。工业委员会白皮书1“降低组件级HBM / MM ESD规格和要求的案例”中介绍了此更改的技术背景。

作为最坏情况的人体模型,机器模​​型可能过于严格。但是,在某些实际情况下,此模型可能会模拟,例如从带电板组件上的金属触点或从自动测试仪的带电电缆或手柄/臂中快速放电。

使用ESD协会标准ESD STM5.2对设备进行MM  灵敏度测试:静电放电灵敏度测试-机器模型的  程序与HBM测试类似。测试设备相同,但测试头略有不同。MM版本没有1500欧姆的电阻,但是测试板和插座与HBM测试相同。如图2所示,串联电感是决定振荡电机模型波形的主要寄生元件。串联电感是通过各种波形参数(例如峰值电流,上升时间和波形周期)的规格间接定义的。MM 5.2文档的最新发布时间为2009年。

套接字设备模型(SDM)测试

SDM测试类似于HBM和MM灵敏度测试。将该设备放在插座中,用高压电源充电后再放电。该模型最初旨在提供一种进行CDM测试的有效方法。但是,该模型与CDM标准之间没有足够的相关性,并且对SDM测试仪的具体设计有很大的依赖性。标准实践(SP)文档(SP)SDM-5.3.2于2002年首次发布,并于2008年重新发布。技术报告ESD TR5.3.2(以前称为TR08-00):套接字设备模型(SDM) )测试仪  也可从ESD协会获得。

设备灵敏度分类

HBM和CDM方法包括一个分类系统,用于定义组件对指定模型的敏感性(请参见表1和2)。这些分类系统具有许多优点。它们使您可以根据其ESD敏感性轻松地对组件进行分组和比较,并且分类可以指示组件所需的ESD保护级别。

表1ESDS组件灵敏度分类–人体模型(根据ESD STM5.1-2007)

电压范围

0级

<250伏

1A级

250伏至<500伏

1B级

500伏至<1,000伏

1C级

1000伏至<2,000伏

2级

2000伏至<4,000伏

3A级

4000伏至<8000伏

3B级

≥8000伏

表2ESDS组件灵敏度分类–充电设备模型(根据ESD STM5.3.1-2009)

电压范围

C1级

<125伏

C2级

125伏至<250伏

C3级

250伏至<500伏

C4级

500伏至<1,000伏

C5级

1,000伏至<1,500伏

C6级

1,500伏至<2,000伏

C7级

≥2,000伏

应当使用人体模型和充电设备模型对完全特征化的组件进行分类。例如,一个完全特征化的组件可能具有以下两项:1B类(500伏至<1000伏HBM)和C3类(500伏至<1000伏CDM)。这将使组件的潜在用户警觉需要受控环境,无论组装和制造操作是由人还是由机器执行的。

谨防 但是,这些分类系统和组件灵敏度测试结果仅作为指导,不一定是绝对的。测试数据定义的事件会产生狭义的限制数据,必须仔细考虑并明智地使用它们。两种ESD模型代表离散点,用于表征ESD漏洞。数据点是有用的信息,但是将数据任意推断到现实世界中可能会产生误导。数据的真正用途是将一台设备与另一台设备进行比较,并为开发ESD控制程序提供起点。

摘要

设备故障模型和设备测试方法定义了要保护其免受ESD影响的电子设备和组件的灵敏度。利用此关键信息,您可以设计更有效的ESD控制程序。

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