在先进制程节点下，集成电路对静电放电（ESD）的敏感度急剧上升，一次意外放电即可导致栅氧击穿或金属熔融，造成不可逆损伤。据行业统计，ESD相关失效占半导体器件场内失效的30%以上。芯片级ESD测试通过模拟不同放电模型，评估IC内部保护结构的耐受能力，帮助设计师优化防护电路，确保产品在制造、组装和使用过程中的可靠性。随着2025年第三代半导体和AI芯片的爆发，这一测试已成为芯片出厂前必不可少的质量把关环节。
ESD测试主要模型
芯片级ESD测试常用三种模型，模拟不同场景：
- HBM（Human Body Model）：人体放电模型，100pF电容通过1.5kΩ电阻放电，模拟人体触碰。
- MM（Machine Model）：机器放电模型，200pF电容无电阻，直接高电流放电，模拟金属工具。
- CDM（Charged Device Model）：器件带电模型，器件自身带电后对地放电，峰值电流最高，适用于先进制程。
三大模型对比
| 模型 | 电容/电阻 | 峰值电流 | 放电时间 | 典型耐压要求 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| HBM | 100pF / 1.5kΩ | 中等 | 100ns | 2kV~8kV | 人体操作 |
| MM | 200pF / 0Ω | 高 | 10ns | 200V~400V | 自动化产线 |
| CDM | 器件自身 | 极高 | <1ns | 250V~1kV | 器件带电摩擦 |
CDM在3nm以下节点最严苛，常成为瓶颈。
测试流程
芯片级ESD测试标准流程（参考JESD22-A114/A115/C101）：
- 引脚分类：区分VDD、VSS、I/O、NC引脚。
- 测试组合：PS（Pin to VSS）、PD（Pin to VDD）、NS/ND等。
- 逐步升压：从低电压开始，步进100V或50V，直至失效。
- 失效判定：漏电流超标（>1μA）或功能异常。
- 曲线记录：绘制I-V曲线评估保护结构。
常见失效模式
ESD常导致：
- 栅氧击穿（熔融孔洞）
- 金属互联熔断
- PN结烧毁
- Latch-up触发
防护优化建议
- 增加双二极管或SCR防护路径
- 优化布局降低寄生电阻
- 使用TLP（Transmission Line Pulsing）辅助表征瞬态响应
- 先进节点引入本地钳位结构
芯片级ESD测试是保障集成电路抗静电能力的核心方法，通过科学模拟和精准评估，帮助企业及早发现防护薄弱环节，提升产品 robustness，在竞争激烈的半导体市场中占据优势。
深圳汇策作为专业第三方检测机构，提供芯片级ESD测试服务，配备符合JEDEC标准的HBM/MM/CDM测试系统，支持晶圆级和封装级全引脚组合测试、TLP表征及失效分析。我们助力客户优化ESD防护设计，确保芯片满足AEC-Q100、IEC 61000-4-2等国际规范。
