半導體器件的ESD測試機器模型（MM）及靜電敏感度分級
一、ESD機器模型
在半導體器件的制造、測試和電路板焊接組裝的過程中，除了人體靜電對器件可能造成潛在傷害，另一種重要的靜電來源則是由于機器設備本身接地不良，在運行過程中產生靜電積累。當機器或機械手臂碰觸到IC時，靜電經由IC的引腳（pin）放電。由于機器通常是金屬材料，其等效電阻為0歐，其等效電容為200pF，故比較人體其放電的過程更短，在幾納秒到幾十納秒之內會有數安培的瞬間靜電放電電流產生。
機器模型（MM) 2KV 和人體模型（HBM）200V放電脈沖波形比較如下圖，雖然HBM的電壓2KV比MM的電壓200V高，但是200V MM的放電電流卻比2KV HBV的放電電流大很多。放電電流波形有上下振蕩(Ring)的情形，這是因為測試機臺導線的雜散等效電感與電容互相耦合而引起的。因此機器模型的放電對IC的破壞力更大。
為了表征機器帶靜電并接觸器件放電的電路特性，以及半導體器件的ESD敏感度，相關標準組織/機構制定了機器模型（Machine Model-MM）以規范MM模式下的ESD測試模型和等級標準。
以上相關的標準有所差異且被多次修訂，但原理基本一致，本文以經典的JESD 22標準為參考進行說明。
二、 MM測試要求
依據JESD22-A115-A (Oct, 1997)，MM模型的測試等效電路如下圖。等效機器電阻為0歐，C1 為等效機器電容。DUT（Device Under Test）為被測器件，放置在插座（socket）中。圖中S1為充電和放電切換開關，S2用于釋放DUT殘留電荷，R2（500ohm負載）僅用于初始檢測確認此模擬裝置是否符合標準要求以及后續進行周期性的系統校調。標準建議短路（short）波形驗證測試采用18-24AWG鍍錫銅導線。
圖1 ESD機器模型等效電路圖
該等效模擬裝置的測試電路要求符合以下脈沖波形指標要求：
圖2 短路放電的電流波形@400V 圖3 通過500ohm放電的電流波形@400V
在每次切換測試儀和更換測試插座（socket）/DUT板后一開始也都需要進行波形校驗。如果任何一次波形不符合圖1和表1（table 1）中 400V電壓下的要求，則應停止測試，直到波形符合要求。
三、 器件MM等級測試
器件的ESD等級測試必須在已經完成所有制程和規格功能參數測試后的真實芯片上進行。在進行ESD測試之前，應對所有待進行ESD測試的樣本器件完成室溫下、或如果適用的更高溫度條件下的直流參數和功能測試。被測試樣本應滿足器件手冊的參數要求。
通常按照Table 1中所示的電壓步長(Voltage Step)在每個電壓等級（Voltage Level）上用3 個器件樣本進行器件ESD失效閾值的表征。可以選擇使用更精細的電壓步長來獲得更精確的失效閾值測量。ESD 測試應從Table 1中的最低步長開始。ESD測試應在室溫條件下進行。
對于Table 2 中指定的所有引腳組合，3 個器件的每個樣本都應以某一個電壓等級（Voltage Level）在每個引腳上施加1個正向脈沖和1個負向脈沖應力，脈沖之間至少間隔 0.5 秒。對于Table 2 中指定的每一種引腳組合，使用3個器件中的一個單獨樣本是允許的。
當這3個樣本全部都通過了該等級ESD測試后，仍然可以繼續使用它們，施加下一個更高等級的脈沖電壓，直到有器件發生失效。
引腳組合如Table 2 所示。引腳組合的實際數量取決于電源引腳組的數量。 通過金屬導線（封裝內部）直接連通的命名為“power”引腳（VCC1、VCC2、VSS1、VSS2、GND 等）可以連接在一起并作為一個引腳連接到Terminal B。 否則，必須應將每個”power”引腳視為單獨的電源引腳。 不消耗電流的編程引腳（Programming Pins）應被視為 I/O 引腳（例如：存儲器上的 Vpp 引腳）。 有源分立器件（FET、晶體管等）應使用所有可能的引腳對組合（一個引腳連接到Terminal A，另一個引腳連接到Terminal B ）進行測試，而無論其引腳名稱或功能。所有配置（configured）為“no connect”的引腳都應被驗證確認是否在任何時候都是“無連接”且處于開路（懸空）狀態。 標記為“no-connect”的引腳實際上如果是有連接的話，應作為非電源（non-supply）引腳進行測試。
如果在每個應力水平下都對不同的樣本組進行了ESD 測試，則允許在所有樣本組都經過 ESD 測試后執行 DC參數和功能性 ATE 測試。
在施加ESD脈沖后，器件不再能符合器件手冊上的參數和功能測試規格要求，則該器件被定義為失效。如果要求進行多溫度條件下的MM測試，應首先在最低溫度下進行測試。
四、 器件HBM級別
所有樣本都必須滿足以上測試要求，直至達到特定的電壓等級（Voltage Level），才能將該種器件歸類為如下特定的靜電敏感度分級（sensitivity classification）。
- CLASS A： 任何器件在施加200V或以下ESD脈沖后發生失效
- CLASS B： 任何器件在施加200V ESD脈沖后通過，但是施加400V ESD脈沖時發生失效
- CLASS C： 任何器件在施加400V ESD脈沖后全部通過
日本電子工業協會（EIAJ）在EIAJ-IC-121 mothod20標準中細分并擴展了JESD22-A115的MM分級。具體如下表：
芯片的第3種基本測試模型（CDM）及其靜電敏感度分級將在后續文章中介紹。
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