esd防护器件测试系统性能研究

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1、øøQRø%Øø%ø†OM¼†OM¼第３２卷ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．３２文章编号：１００８－１５４２（２０１１）０７－００６７－０４ＥＳＤ防护器件测试系统性能研究王振兴，武占成，张希军，高永生（军械工程学院静电与电磁防护研究所，河北石家庄０５０００３）摘要：静电放电（ＥＳＤ）的测试方法主要为人体模型（ＨＢＭ）、人体－金属模型（ＢＭＭ）和机器模型（ＭＭ）等，近年来传输线脉冲（ＴＬＰ）测试方法得到广泛使用。基

2、于ＴＬＰ测试理论建立了ＥＳＤ防护器件测试系统，并对测试系统的性能进行了测试研究。测试发现不同脉宽的测试方波对器件的峰值电流、峰值电流时间和箝位时间影响不大，但脉冲结束电流和箝位电压随着脉宽增大而减小，同时较长的传输线会产生较宽的延迟脉宽，对测试结果并未产生影响。关键词：ＥＳＤ；ＴＬＰ；脉宽；传输线线长中图分类号：ＴＮ７１０文献标志码：Ａ静电放电（ＥＳＤ）严重影响电子器件和集成电路的可靠性。ＥＳＤ测试模型使用较多的是人体模型（ＨＢＭ）、人体－金属模型（ＢＭＭ）和机器模型（ＭＭ）等［１］。近年来传输线脉冲（ＴＬＰ）测试方法被Ｉｎｔｅｌ等大公司发明，由于ＴＬＰ测试方法可以描绘出器件在

3、ＥＳＤ作用下的电流、电压特性，因此得到广泛使用［２］，但当前ＴＬＰ测试方法并没有制定出统一的标准。瞬态电压抑制管等保护器件是现在电子线路中必不可少的组成部分，而器件的箝位电压和响应时间等参数是反映其性能的重要参数。ＥＳＤ防护器件测试系统当前主要的ＴＬＰ测试方法有以下几类［３］。１）时域反射ＴＤＲＴＬＰ：直接使用示波器测量被测器件的入射波和反射波。２）时域传输和反射ＴＤＲＴＴＬＰ：利用传输和反射波混合的测量方式。３）时域传输ＴＤＴＴＬＰ：在示波器上直接测量传输波形的ＴＬＰ测试方式。４）电流源（ＣｕｒｒｅｎｔＳｏｕｒｃｅ）ＴＬＰ：在ＤＵＴ上串联５００Ω的电阻，然后测量ＤＵＴ的电压和

4、电流。１笔者根据时域传输ＴＤＴＴＬＰ测试方法建立了ＥＳＤ防护器件性能测试系统，图１为建立的ＥＳＤ防护器件测试系统示意图。ＥＳＤ防护器件测试系统主要由高频噪声发生器、同轴线、测试夹具、脉冲衰减器和示波器组成。由高频噪声发生器产生脉宽和幅值可调的方波，经过同轴线传输施加在固定在测试夹具上的器件上。同时器件两端的电压值（即夹具两端的电压值）经衰减器后在示波器上显示。由于采样电阻与器件串联在一起，测量采样电阻两端的电压，即可计算出流经器件上的电流值。为了满足测试系统的输入阻抗和特性阻抗的匹配，系统采用的高频噪声发生器、同轴线、测试夹具和示波器的特性阻抗都是５０Ω。50赘同轴线测器件A样

5、电阻50赘同轴线图１ＥＳＤ防护器件测试系统示意图系统中使用的方波源为日本Ｎｏｉｓｅｋｅｎ公司生产的ＩＳＮ－４０４０高频噪声模拟发生器，使用的示波器为收稿日期：２０１１－０６－２５；责任编辑：张士莹基金项目：国家自然科学基金面上项目（６０９７１０４２）高频噪声发生器测试夹具被A示波器脉冲衰减器采400.0M0.0400.0MＴｅｋｔｒｏｎｉｘ公司生产的７１５４Ｂ型示波器。系统将２个ＭＳ２－４０００型３０ｄＢ脉冲衰减器串联使用，以达到６０ｄＢ衰减。采样电阻选择阻值１Ω、最大功率为１０Ｗ的无感电阻。ＥＳＤ防护器件测试系统性能研究２方波源波形分析ＥＳＤ在时域上具有较快的上升沿（ｎｓ甚至

6、ｐｓ级），ＨＢＭ放电波形的上升沿为２～１０ｎｓ，而ＢＭＭ放电波形的上升时间为０．７～１ｎｓ；在频域上，则覆盖较宽的频带，达到ＧＨｚ的特点。为了使测试结果更加精确，ＴＬＰ测试采用的方波波形的上升时间也应当为ｎｓ级，且频域覆盖范围也必须较宽。图２是ＩＳＮ－４０４０型高频噪声模拟发生器产生的方波波形，图３是日本Ｎｏｉｓｅｋｅｎ公司生产的ＥＳＳ－２００ＡＸ静电放电枪产生的人体金属模型的静电电压（ＢＭＭ）波形。２．１图２ＩＳＮ－４０４０型高频噪声模拟发生器产生的方波波形图３ＥＳＳ－２００ＡＸ静电放电枪产生的ＢＭＭ波形从时域波形可以看出，方波波形和ＢＭＭ波形的上升时间均小于１ｎｓ，同时由于

7、方波的电压波形更加规整，电压值较为稳定，因此可以更好地看出器件在一定电压下的行为。分别对方波波形和静电放电ＢＭＭ波形进行频域分析［４］，比较两者的频域范围，其结果如图４和图５所示。300.80.6200.4100.2200.0M400.0M600.0M800.0M1.0G1.2G1.4G200.0M400.0M600.0M800.0M1.0G1.2G1.4G1.6G0频率/Hz频率/Hz图４方波波形频域范围图５ＢＭＭ波形频域范围通过比较方波波形和ＢＭＭ放电波形的频域范围可以看出：方波和ＢＭＭ