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系統層級靜電放電與晶片層級靜電放電之差異性2012/04/20

晶焱科技 設計研發部 李健銘副理

隨著半導體製程技術的不斷演進,以及積體電路大量的運用在電子產品中,靜電放電已經成為影響電子產品良率的主要因素。美國最近公佈因為靜電放電而造成的國家損失,一年就高達兩百多億美金,而光是電子產品部份就達到一百多億美金之多。為了有效的防範靜電放電所造成的損害,國際間眾多的靜電放電協會,分別針對不同的環境應用下制定了不同的靜電測試規範。其中針對IC在生產、製造、測試及運輸過程的靜電放電規範,是以美國軍方所制定的人體靜電放電模型最具代表性,又稱之為晶片層級靜電放電測試。而針對終端消費者所使用的電子產品,則以IEC 61000-4-2所制定的人體靜電放電模型為測試主流,這就是一般認知的系統層級靜電放電測試。
由於晶片層級和系統層級靜電放電測試都是模擬人體靜電放電,並且都是以kV為單位,所以常常造成大家的誤解和困惑,我們在這裡特別將這兩種人體靜電放電測試規格做一個比較整理:

(1)    
模型電容電阻值規範不同:晶片層級靜電放電模型為對一100pF電容充電後透過一串聯1.5kΩ電阻對待測物放電。而系統層級靜電放電模型為對一150pF電容充電後透過一串聯330Ω電阻放電。由此可以看出在相同的靜電電壓下,系統層級靜電放電模型將會具有較多的電荷容量和較大的放電電流,其放電能量約為晶片層級靜電放電能量的五倍之多,因此系統層級靜電放電測試將會比晶片層級靜電放電測試還要更嚴苛。而會如此規範的原因是,晶圓廠都會做工廠靜電消除管理,所以IC在製造生產的過程中受到靜電的威脅較小。而電子產品使用者所處的環境卻是不受控制的,因此受到靜電放電的威脅較大,這也是為何系統層級靜電放電規範會制定的如此嚴格。

(2)    
要求的靜電放電電壓等級不同:一般IC只會要求到晶片層級靜電放電測試±2kV,而電子產品會要求到系統層級靜電放電接觸測試±8kV,空氣放電±15kV。會這樣規範的主要原因也是電子產品所處的環境是比IC所處的環境還要更嚴苛。

(3)    
測試的失效準則不同:晶片層級靜電放電測試是在IC針腳浮接的狀態下做測試,一般造成的損害為硬體的損害。而系統層級靜電放電測試是在電子產品上電運作的狀態,除了可能造成硬體的損害,也有可能造成當機或系統運作不穩定的情況。系統層級靜電放電測試的失效問題是比晶片層級靜電放電測試還要多更多。

以上就是系統層級靜電放電和晶片層級靜電放電的基本差異,可以發現不論是在放電能量、靜電電壓和失效準則,系統層級都較晶片層級靜電放電要求更嚴峻。隨著電子產品要求高品質的目標,系統層級靜電放電的失效準則要求更有提高到Class A的趨勢,這樣更加深了系統靜電放電設計工作人員的困難度。日前聽聞國際上一些IC大廠為了加速產品上市量產的時間,有意將晶片層級靜電放電要求電壓下降到±1kV,如此一來將更造成電子產品通過系統層級靜電放電測試的困難度。因此了解系統層級和晶片層級靜電放電規範的不同,和選用更高效能的暫態抑制元件,才能因應未來更嚴格的系統靜電放電測試要求。  
 
 
 

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