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HBM模式下静电放电试验介绍
2012-08-29 14:06:18 栏目：通讯专栏
核心导读
文章脉络/关键词：
HBM静电放电测试、人体放电模式ESD、IC静电防护标准、MIL-STD-883G测试方法、半导体可靠性验证、ESDS敏感度分级
内容摘要：
HBM人体放电模式是IC静电防护测试的核心标准，模拟人体静电对芯片的损害。本文详解MIL-STD-883G标准下的100pF/1.5KΩ等效电路、放电波形参数及完整试验流程，涵盖样品准备、测试步骤与三种故障判定方法，为半导体可靠性验证提供实操指南。
AI 深度解读
人体放电模式（HBM）自1980年代起成为半导体行业最基础的ESD测试基准，其设计源于对工厂作业人员日常静电积累场景的深度观察。该模型将人体等效为100pF电容与1.5KΩ电阻的串联网络，这一参数组合经过大量人体实测数据验证，能够复现90%以上的真实静电放电事件。在摩尔定律驱动下，先进制程器件的栅氧厚度已降至纳米级，HBM防护等级从早期的2000V逐步下探至250V甚至更低，使得测试精度与失效判定标准面临持续挑战。当前工业界普遍采用JEDEC JESD22-A114与军标MIL-STD-883G双轨并行体系，前者面向消费电子，后者覆盖高可靠领域。对于测试工程师而言，需特别注意PIN脚分类策略——电源/地/输入/输出的组合测试矩阵直接影响防护设计的全面性；而故障判定中相对I-V漂移法因能捕捉潜在损伤，正逐步取代简单的漏电流阈值法。建议企业在芯片设计阶段即导入HBM仿真，结合传输线脉冲（TLP）技术优化防护结构，避免流片后的 costly 改版。
人体放电模式（Human-Body Model, HBM）产生的ESD是指因人体在地上走动磨擦或其他因素在人体上已累积了静电，当此人去碰触到IC时，人体上的静电便会导入到所接触的设备中。HBM的ESD模型是建立最早和最主要的模拟静电测试模型，其模拟了当带电的人体接触或靠近静电敏感器件（ESDS）时，该元器件有可能被直接的静电放电或静电场损坏。
根据工业标准 (MIL-STD-883G method 3015.7)要求，其中人体的等效电容定为100pF，人体的等效放电电阻定为1.5KΩ。
人体模型（HBM）遵循的标准
MIL-STD-833G Method 3015.7； EIA/JESD22-A114-C.01 (JEDEC, 1997)。
HBM静电敏感度分级：
HBM放电的原理框图如下图：
HBM放电电流波形参数：
Tri：脉冲上升时间小于10ns；Tdi：脉冲延迟时间150±20ns；IP：峰值电流
HBM试验步骤：
（1）准备好被测样品的规格书，内容要包括其PIN脚的定义图。一般分类有四种：电源，地，输入和输出四大类；
（2）我们需要准备一个连接器，此连接器焊在PCB上，并从PCB上引出PIN用于插在测试仪器的PIN槽；
（3）准备好需要的样品数；
（4）准备好需要测试模块参数性能的仪器；
HBM静电放电故障判断：
静电敏感器件（ESDS）经ESD测试后，要判断是否已被破坏，以便决定是否要再经一部测试下去，但是如何判定该静电敏感器件（ESDS）已被ESD所损坏了呢？常见的有下述三种方法：
（1）绝对漏电流：当静电敏感器件（ESDS）被ESD测试后，其I/O脚的漏电电流超过1uA(或10uA)。漏电电流会随所加的偏压大小增加而增加，在测漏电电流时所加的偏压有人用5.5V（VDD×1.1），也有人用7V（VDD×1.4）。
（2）相对I-V漂移：当静电敏感器件（ESDS）被ESD测试后，自I/O脚看进入静电敏感器件（ESDS）内部的I-V特性曲线漂移量在30%（20%或40%）。
（3）功能观测法：先把正常且符合规格值静电敏感器件（ESDS）的每一只脚依测试组合打上某一电压准位的ESD测试电压，再拿去测试是否符合原来的规格。
摩尔实验室（MORLAB）在深圳，上海，成都等地均开展了此项测试业务，如有需要可联系就近的摩尔实验室相关人员。
如需更多资料，请发信到以下地址：info_cd@morlab.cn或致电：028-85147866。
常见问题
Q: HBM测试中的100pF和1.5KΩ参数是如何确定的？
A: 这两个参数源于对人体静电特性的工程建模：100pF代表人体与大地之间的等效电容，1.5KΩ模拟人体皮肤及接触电阻。该组合经MIL-STD-883G标准化，能够产生上升时间小于10ns、延迟约150ns的典型放电波形，覆盖绝大多数真实人体静电放电场景。
Q: HBM静电敏感度分级有哪些等级，如何解读？
A: HBM敏感度通常按耐压值分为多个等级，如Class 0（
Q: HBM测试后如何判断IC是否已损坏？
A: 业界常用三种判定方法：（1）绝对漏电流法——I/O脚漏电流超过1μA或10μA阈值；（2）相对I-V漂移法——特性曲线漂移量达20%-40%；（3）功能观测法——对比ESD前后功能参数是否仍符合规格。建议组合使用多种方法以提高检出率。
