3.1 靜電放電測試組合

3.1.1 I/O Pin的靜電放電測試

　　靜電的累積可能是正的或負的電荷，因此靜電放電測

試對同一IC腳而言是具有正與負兩種極性。對每一I/O (

Input or Output) Pin而言，HBM與MM靜電放電對IC的放電，

有下列四種ESD測試組合，其等效電路示意圖如圖3.1-1所

示。


圖3.1-1 I/O Pin 的靜電放電測試組合

  1. PS-mode:VSS腳接地，正的ESD電壓出現在該I/O

    腳對VSS腳放電，此時VDD與其他腳皆浮接；

  2. NS-mode:VSS腳接地，負的ESD電壓出現在該I/O

    腳對VSS腳放電，此時VDD與其他腳皆浮接；

  3. PD-mode:VDD腳接地，正的ESD電壓出現在該I/O

    腳對VDD腳放電，此時VSS與其他腳皆浮接；

  4. ND-mode:VDD腳接地，負的ESD電壓出現在該I/O

    腳對VDD腳放電，此時VDD與其他腳浮接。

3.1.2 Pin-to-Pin的靜電放電測試

　　但靜電放電可能出現在IC的任何兩隻腳之間，若該兩

隻腳之間無直接的相關電路，唯一共同使用的是VDD與

VSS電源線相連接。ESD發生在不相干的兩支IC腳之間時

，靜電放電電流會先經由某部份的電路跑到VDD或VSS電

源線上，再由VDD或VSS電源連接線跑到另一支IC腳，再

由那支IC腳流出IC之外。若每一IC的每兩腳之間都要做測

試，那麼一顆40 pin的IC便要有1560種排列組合的ESD測試

，這太浪費測試時間。因此，改良式的測試方法如圖3.1-2

所示，即所謂的Pin-to-Pin 測試。在該Pin-to-Pin 測試組合中

，亦由於靜電放電的正負極性而分成兩種測試模式 :


圖3.1-2 Pin-to-Pin 的靜電放電測試組合

  1. Positive-mode:正的ESD電壓出現在某一I/O 腳，

    此時所有其他I/O 腳皆一起接地，但所有的VDD腳

    與VSS腳皆浮接；

  2. Negative-mode:負的ESD電壓出現在某一I/O 腳，

    此時所有其他I/O 腳皆一起接地，但所有的VDD腳

    與VSS腳皆浮接。

3.1.3 VDD-to-VSS的靜電放電測試

　　靜電放電也可能發生在VDD腳與VSS腳之間，因此對

VDD腳與VSS腳有下列的ESD測試組合，其等效電路示意

圖如圖3.1-3所示。


圖3.1-3 VDD-to-VSS 的靜電放電測試組合

  1. Positive-mode:正的ESD電壓出現在VDD腳，

    此時VSS腳接地， 但所有I/O 腳皆浮接；

  2. Negative-mode:負的ESD電壓出現在VDD腳，

    此時VSS腳接地， 但所有I/O 腳皆浮接。

3.1.4 Analog Pin的靜電放電測試

　　在類比(Analog) IC內常有差動輸入級(Differential Pair)

，例如運算放大器(OP AMP) 的輸入級，如果該差動輸

入級的正負輸入端都連接到IC的Pin時，這兩支輸入腳要

另外單獨做靜電放電測試，以驗證該兩支輸入腳所連接

的差動輸入級會不會被靜電放電所破壞，其等效電路示

意圖如圖3.1-4所示。


圖3.1-4 Analog Pin 的靜電放電測試組合

  1. Positive-mode:正的ESD電壓出現在差動輸入級的正

    輸入腳位，此時差動輸入級的負輸入腳接地， 但其他

    所有I/O 腳以及VDD與

    VSS腳皆浮接；

  2. Negative-mode:負的ESD電壓出現在差動輸入級的正

    輸入腳位， 此時差動輸入級的負輸入腳接地， 但其他

    所有I/O 腳以及VDD與VSS腳皆浮接。

3.1.5 CDM的靜電放電測試

　　由於元件充電模式(CDM)的靜電放電機制與前述的

HBM及MM 放電機制不同，因此CDM的靜電放電測試如

圖3.1-5所示。首先，靜電電壓被充入該積體電路的基體

之中，並儲存在其基體之中，為避免充電過程造成IC損

傷，因此充電電壓必須經由一高電阻值(10MΩ以上)的限

流電阻對IC基體充電，對P型基體之IC而言，VSS腳位是

含連接到其基體，因此該充電電壓是經由該限流電阻對

IC的VSS腳充電。當IC充電之後，IC本身即便帶有正極性

的或負極性的電壓，該IC的其他腳位(包括Input, Output,

I/O, 以及VDD腳位)再分別接地放電，以完成CDM的靜電

放電測試。由腳位接地放電的方式，CDM又可分為

socketed以及non-socketed兩種，其中socketed的CDM放電

是指該腳位接地放電時是經由IC插座與relay開關而接地的

。而non-socketed的CDM放電是把帶電的IC在浮接狀態下

，經由放電探棒(discharge bar)而直接接地放電。這兩種放

電方式的CDM測試機台都已有商業產品在銷售。


圖3.1-5 元件充電模式的靜電放電測試組合

  1. Positive-mode:整顆IC處於浮接狀態， IC的基體

    (Substrate)先被充電而具有正極性的電壓，然後該

    IC的任一腳位以直接接地的方式放電；

  2. Negative-mode:整顆IC處於浮接狀態， IC的基體

    (Substrate)先被充電而具有負極性的電壓，然後該

    IC的任一腳位以直接接地的方式放電。