系统产品的静电放电测试方式-转自电浪David

物质表面经由某种过程，如摩擦和感应使静止的电荷称为静电 (Static Charge)，而ESD (Electrostatic Discharge) 即电位不同之物体间产生静电电荷转移。静电放电破坏的产生，是由于人为因素所形成，却又很难避免。电子产品在制造、组装、测试、存放及搬运等过程中，静电会累积在人体仪器甚至产品本身，很容易形成一放电路径使得产品遭受静电放电轰击而损坏。   

静电放电对电子产品的伤害一直是不容易解决的问题，与其他的过压现象相较，静电放电是一种非常快的瞬态脉冲，电子产品一但受到静电放电轰击，时常会出现一些不稳定的现象，如功能突然失常，轻微者重开机能排除，严重者会不堪承受静电的电压或电流而造成永久性的损坏。

上述三种形式的静电放电模式对半导体工艺和电子产品组装都显得很重要，其中以人体放电模式所产生的放电电压，对电子产品 (半导体器件) 之伤害问题最广，人体放电模式是因人体的动作摩擦产生静电，如我们穿胶鞋在地毯行走时，因摩 擦使地毯带正电而胶鞋带负电，此时人体脚底会感应而带正电，同时使上半身带负电， 若这时候如用手接触半导体电子器件，会产生一放电路径，导致静电电流轰击该组件造成损坏。

国际间对电子产品防护人体放电模式的法规要求日益严谨，因此在业界半导体电子器件出厂时大都已通过器件级静电放电测试 (标准±2kV)，人体放电模式的等效模型如图1(a) 所示，此放电波形的上升时间大约介在5~10ns之间，如图1(b) 所示，而8kV的放电电压大约会产生5.5A的电流峰值，然而在系统级，电子设备则面临更恶劣的静电放电条件。即使半导体电子器件在出厂前已通过零件标准法规的静电测试，被安装到产品后经常仍未能通过系统层级的法规要求。

今天国际公认的系统级静电放电标准是IEC 61000-4-2。等效电路模块以及电流波形如图2(a)、图2(b) 所示，IEC 61000-4-2将其上升时间定为700ps到1ns，脉冲持续时间为60ns。与人体放电模式相比，系统级的电容为150pF而器件级是100pF，放电电阻一者是330Ω，一者是1.5kΩ。在较大的储能电容和较小的放电电阻情况下，静电放电产生的能量在系统级静电放电测试状态下较多，即当同样是8kV的放电电压下，系统级所产生的电流峰值将会达到30A，是器件级的5倍之多，由此可见系统静电放电测试的破坏力显然更加严重。这就是集成电路产品通过器件级之静电放电测试后，有时却无法通过系统层级之静电放电测试的主要原因。

为确保电子产品的功能，国际知名厂商都要求代工的产品必须符合国际规范IEC 61000-4-2 静电放电测试才会接受。除了要通过器件级的测试外，最后的电子产品仍会再用系统级的静电放电测试规格来持续检测。不但对保证产品可靠性十分重要，而且通常产品要想进入国际市场，就必须达到该标准。

依IEC 61000-4-2所订的系统级静电放电测试时所使用的静电放电枪 (ESD gun)，如图3(a)，此为NoiseKen所生产一个基本的静电枪 (ESS-B3011)，等效电路图如图3(b) 所示。

环境设置部分，首先，环境温度需在15到35摄氏，湿度维持在30百分比到60百分比，压力在68到106千帕之间最为理想，测试方式有分接触放电及空气放电。 

此测试方法是仿真金属工具接触到电子产品时发生的静电放电现象。在这种测试方法下，静电放电枪的放电头 (head) 使用尖头金属。测试时，将静电枪的金属头先抵住待测点，静电放电经由尖端金属对待测产品作接触放电测试，通常测到正负4kV，此项测试法规保留容许高于正负4kV的测试条件。

此测试方法是仿真人的手指接触到电子产品时发生的静电放电现象。在这种空气放电测试方法下，静电放电枪使用 8 毫米 (mm) 的放电头 (圆头)。测试时，在很近距离未接触测试点下启动静电枪放电，静电放电枪之放电头经由空气对电子产品作非接触式放电测试。测试电压由低电压到高电压， 通常测到正负8kV，但法规中保留容许高于正负15kV的测试条件。 

接触放电和空气放电的系统层级静电放电测试等级，显示在表一中。而放电次数是正负极性至少各10次，每次间隔一秒钟，静电放电之测试结果须依照电子产品功能受影响的程度做判定，目前将受影响的程度分为四级，包含A 级 (Class A)、B级 (Class B)、C级 (Class C)、和D级 (Class D)，如表二所示。

指产品功能在测试前后及测试过程中完全可以正常操作，无任何功能减低或异常现象出现，完全不受ESD放电影响，则称产品符合A级判定结果。

指产品在测试过程中，功能会受ESD放电影响，在放电瞬间会暂时性的功能降低，但可以自动回复，这样的产品则称符合B级判定结果。 

指产品功能在测试前可正常被操作，但测试过程中受ESD放电影响，出现功能降低或异常，且功能无法自动回复，必须经由操作人员做重置 (Re-set)或重开机的动做才能回复功能，这情形则仅符合C级判定结果。 

指产品功能在测试前可正常被操作，但测试过程中出现异常，虽经由操作人员做重置(Re-set)或重开机也不能回复功能， 这种情况大概产品已损伤严重， 仅符合D级判定结果。 (这属不合格)。

依IEC 61000-4-2法规建议，产品采购验证必须符合A级或B级的判定才能接受， C级和D级判定是不合格的。