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ESD測試(靜電放電測試)是一種可靠性測試,它通過模擬現實生活中可能發生的各種靜電放電事件,將標準化的靜電脈沖施加到半導體器件的特定引腳上,然后檢測其電學參數和功能是否發生變化,以此來評定該器件抵抗靜電放電沖擊的能力。
芯片ESD防靜電檢測目的:評估芯片本身固有的抗靜電能力,是芯片設計、工藝和制造質量的體現。這部分測試通常在芯片封裝完成后進行,是出貨前的必測項目。
為什么要做芯片ESD防靜電檢測?
半導體材料的固有脆弱性:
現代半導體器件(如CPU、內存芯片)的特征尺寸已經縮小到納米級別(幾納米到幾十納米)。其內部的氧化層(如柵氧層)極其薄,僅有幾個原子的厚度。靜電放電(ESD)可以在極短時間內產生高達數萬伏的電壓和數安培的瞬間大電流。這股巨大的能量瞬間注入芯片,會像一道閃電一樣,輕易地熔斷細小的金屬連線、擊穿脆弱的氧化層、或導致PN結燒毀,造成芯片災難性的損壞。
無處不在的靜電威脅:
靜電在我們的生產和生活環境中無處不在。人體行走、摩擦衣物等都可能產生數千伏的靜電(人通常感知不到3-4千伏以下的靜電)。如果操作人員沒有采取正確的防靜電措施(如佩戴防靜電手環),徒手觸摸芯片引腳時,人體積累的靜電就會通過引腳放電到芯片內部,造成損壞。此外,生產設備、測試設備、包裝材料等都可能成為靜電的來源。
保證產品可靠性和成本控制:
可靠性:ESD造成的損壞不一定是立即失效。有時它會造成“潛在性損傷",即芯片雖然通過了出廠測試,但在使用中壽命會大幅縮短,過早出現故障。進行ESD檢測可以篩選出這些“體弱"的芯片,確保交付到客戶手中的產品具有高可靠性。
成本控制:一顆芯片的造價非常昂貴。如果在生產鏈條的后期(如組裝成整機后)才因ESD問題失效,其帶來的返工、維修和品牌信譽損失成本將是芯片本身成本的數十倍甚至上百倍。因此,在芯片出廠前進行嚴格的ESD檢測,是控制質量成本的關鍵環節。
總結來說,做ESD檢測是為了評估芯片的抗靜電能力,確保其能在真實的靜電環境中生存下來,從而提高產品的良率、可靠性和市場競爭力。
ESD測試已經形成了非常成熟和標準化的體系。以下是參考標準:
測試模型 | 模擬場景 | 核心標準 | 主要特點 |
HBM (人體模型) | 人體觸摸放電 | ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 | RC放電,能量中等,歷史悠久 |
MM (機器模型) | 金屬機器/工具放電 | ANSI/ESDA/JEDEC JS-002 | 電容直接放電,電流大,破壞性強 |
CDM (充器件模型) | 芯片自身放電 | ANSI/ESDA/JEDEC JS-002 (標準CDM) | 最常見,放電速度快,峰值電流高 |
系統級ESD | 整機設備遭受外部靜電 | IEC 61000-4-2 | 針對完整產品,測試其接口和外殼的抗擾度 |
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