ESD测试(静电放电测试,Electrostatic Discharge Testing)是通过模拟人体、物体或器件自身在接触、分离或摩擦过程中产生的静电放电场景,评估电子设备或组件在静电环境下的性能稳定性和可靠性。其核心目的是识别并排除ESD问题,优化设计以提升设备可靠性。
为什么半导体要做防静电ESD检测?
半导体器件对静电极其敏感,静电放电(ESD)可能引发以下核心风险:
1.物理损伤:静电放电瞬间产生数安培电流(峰值可达10A以上),可能击穿纳米级栅氧化层、熔断金属互连线或触发闩锁效应(Latch-up),导致器件永久失效。
2.全流程威胁:ESD威胁贯穿芯片设计、制造、封装、运输及终端使用全流程。晶圆厂因静电污染可能导致单批次良率从95%骤降至70%;汽车电子在高温高静电环境下(如发动机舱)若未通过ISO 10605测试,可能引发批量故障。
3.品牌与合规风险:苹果、华为等企业将ESD测试结果纳入供应链评估;未达标产品可能面临法律纠纷或市场准入障碍(如欧盟CE认证、3C认证)。
4.技术迭代挑战:7nm及以下制程中,栅氧化层厚度降至1nm以下,ESD耐受阈值较28nm工艺降低50%以上;3D堆叠芯片(如HBM)因层间静电耦合效应增强,需专用CDM测试方法。
参考标准
IEC 61000-4-2:系统级ESD抗扰度测试标准,规定接触放电(8kV)、空气放电(15kV)等测试方法,适用于消费电子、工业设备等。
JEDEC标准:JESD22-A114(HBM人体模型)、JESD22-C101(CDM充电器件模型)、JESD22-A115(MM机器模型),为芯片级ESD等级衡量基准。
AEC-Q100:汽车电子委员会制定的车用器件标准,要求满足HBM 2000V、CDM 2000V及ISO
10605测试。
检测方法
HBM(人体模型):模拟人体带电接触器件时的放电(典型参数:1.5kΩ电阻+100pF电容),测试I/O引脚对电源/地引脚、引脚间及电源引脚的静电应力。
CDM(充电器件模型):模拟器件自身带电后通过引脚放电(电容4-30pF),适用于封装和组装过程的静电风险评估。
MM(机器模型):模拟金属设备带电接触器件(电阻0Ω+200pF电容),测试设备与制造工具接触时的静电冲击。
系统级测试:
IEC 61000-4-2:通过静电枪模拟接触/空气放电,评估整机抗扰度(如消费电子需满足±8kV接触放电、±15kV空气放电)。
