芯片标称ESD能抗8kV，可实际产品打8kV时测试却失效了，这是什么原因？
这是一个非常经典且令人困惑的工程问题。芯片数据手册上标称的ESD抗扰度（通常是HBM模型）达到8kV，是一个很高的水平，但这并不保证在实际产品中不会因静电而失效。芯片级ESD测试和系统级ESD测试共同体现了芯片在整个生命周期中的抗ESD性能，但这两种参数的测试对象不同，对应的测试标准也不同。芯片级ESD测试以独立芯片作为DUT，用于评估芯 片本身的抗ESD能力。而系统级ESD则是以完整产品作为DUT，用于评估整套产品对外界ESD的抗干扰能力。因此，芯片内部集成的ESD保护电路存在不足以承受同等级的系统级ESD直接冲击 的可能，这也是使用系统级ESD对芯片直接进行测试更容易失效的原因。 1、测试模型与测试方法的差异
芯片级的ESD测试：一般指的是人体模型（8kV HBM），如下图1所示：其充电电容100pF，放电电阻1.5kΩ。它模拟的是人身体带电后，通过手指（或工具）直接触摸芯片引脚时的放电情况。它的放电电流上升时间较慢（约10纳秒），能量通过一个较大的电阻（1.5kΩ）释放，电流相对较小，持续时间较长（几百纳秒）。实际产品的ESD测试：如最常见的8kV IEC 61000-4-2模型，如下图2所示，其充电电容150pF，放电电阻330Ω，它模拟的是人手持金属工具（如钥匙、螺丝刀）对设备放电的场景。这个模型也叫“枪 模型”。它的特点是放电电流上升时间极快（约0.7~1纳秒），峰值电流非常高（8kV时峰值电流可达30A！），但持续时间很短。
图 3 符合 IEC 61000-4-2 标准的 4 级 (8kV ESD) 波形 图 4 芯片级ESD和系统级ESD放电脉冲波形示意图 在测试方法上，芯片级ESD是在固定夹具上测试，芯片处于不上电状态。而系统级ESD的测试则 是将芯片焊接在PCB上，测试过程中芯片可能处于上电状态，测试引脚组合也会因系统电路连接 差异而不同。 2、放电路径不同
芯片级测试：ESD脉冲是直接施加在芯片的每一个引脚上，测试的是芯片内部保护电路的能力。电流路径相对简单和明确。产品级测试：ESD脉冲是施加在产品的外壳、接口、缝隙等地方。静电电荷不会直接进入芯片引脚，而是会通过机壳耦合到内部电路板，并在电路板的走线上产生感应电流和电压，通过空间辐射耦合到敏感的芯片引脚上。这意味着，即使芯片本身的保护电路很强大，但ESD能量可能绕过它，通过其他路径如下图 5（如电源平面、I/O线、寄生电容）对芯片造成伤害。3、系统级积累效应
芯片级HBM测试是单次脉冲（最常用的JS-001标准）。而产品级IEC测试通常是正负各10次。多次的累积应力可能会使芯片内部的ESD保护结构产生性能衰减，最终在后续的脉冲中失效。本号对所有原创、转载文章的陈述与观点均保持中立，推送文章仅供读者学习和交流。文章、图片等版权归原作者享有，如有侵权，联系删除。
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首次发布时间：2025-11-28
最近编辑：46分钟前
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