CMOS集成电路的ESD模型和测试方法探讨

2.1.2 机器模型 

      当集成电路在制造和使用的工程中,机器(例如机械手臂)本身累积了静电,当此机器去接触到集成电路时,静电便经由管脚放电。这种ESD用机器模型(MM)来描述。

这种模型的测试标准常见的为国际电子工业标准EIAJ IC 121中的方法20,其等效电路图如图3所示,耐压能力等级分类如表2所示。
 

图3 机器模型(MM)的测试等效电路

因为大多数机器都是用金属制造的,其机器模型的等效电阻为08,但其等效电容定为200pF。由于机器放电模式的等效电阻为0,故其放电的过程更短,在几ns到几十ns之内会有数安培的瞬间放电电流产生。图4为2kV HBM与200VMM的放电电流比较。

图4 2000V人体模型与200V机器模型放电电流的比较

虽然人体模型的2000V比机器模型的200V大,但是200V的机器模型放电电流却比2000V的人体模型放电电流大的多,因此机器放电模式对集成电路的破坏力更大。
 

2.1.3 器件充电模型

该放电模式是指器件因磨擦或其他因素而在器件内部累积了静电,但在静电累积的过程中器件并未被损伤。当带有静电的器件管脚接触到地面时,器件内部的静电通过管腿对地放电。这种ESD用器件充电模型(CDM)来描述。此种模式的放电时间更短,仅约几ns之内,而且放电现象更难以真实地被仿真。

CMOS器件的CDM等效电路图如图5所示,他是一个多路放电的等效电路。任一管腿接地,各路储存的电荷都要放电。各路之间的电势差会导致栅氧化层的击穿。图中R1,R2,Rn,L1,L2,Ln,C1,C2,Cn表示各放电通路的电阻、电感、对地的电容。

因为器件内部累积的静电会因器件本身对地的等效电容而变,器件摆放的角度与位置以及器件所用的包装型式都会造成不同的等效电容。
由于器件管脚对地的电阻远小于人体电阻,所以该模型的损伤阈值电压比前两种模型的损伤阈值电压低得多。

表3为双列直插封装器件在不同放置方向的等效电容值,可见放置方向不同,电容可相差十几倍。

图5 CDM等效电路

由于该种模型放电方式受多种因素影响,目前尚无统一测试标准。