静电测试专项题目及答案

静电测试专项题目及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在静电放电（ESD）敏感度分级标准中，人体模型（HBM）的等效放电电阻与电容分别为A.1kΩ、100pFB.1.5kΩ、100pFC.330Ω、150pFD.10kΩ、200pF答案：B2.某CMOS输入引脚标注“ESD2kVHBM”，其含义为A.该引脚可承受2kV接触放电不损坏B.该引脚在2kVHBM应力下失效概率为50%C.该引脚通过2kVHBM测试，漏电流增量<1μAD.该引脚在2kVHBM测试后功能与参数仍满足规格书答案：D3.使用场强计测量静电电位时，若探头与被测面距离增大一倍，则读数将A.增大一倍B.减小为1/2C.减小为1/4D.不变答案：C4.离子风机在洁净室ESD防护中的主要作用是A.降低绝对湿度B.提供导电通路C.中和绝缘体表面静电D.提升空气电导率答案：C5.下列材料中，表面电阻落在静电耗散区（10⁵~10⁹Ω）的是A.铝箔B.PTFEC.碳填充聚乙烯D.普通PVC地板答案：C6.当使用CDM（带电器件模型）测试时，放电峰值电流主要取决于A.器件封装电感B.器件内部电容与等效串联电阻C.测试板介电常数D.环境气压答案：B7.在IEC6100042标准中，接触放电与空气放电的最高试验电压分别为A.4kV、8kVB.8kV、15kVC.8kV、30kVD.15kV、30kV答案：C8.防静电腕带系统接地电阻一般要求为A.<0.1ΩB.0.1~1ΩC.1~10MΩD.10~100MΩ答案：C9.当相对湿度从45%RH降至20%RH时，绝缘体表面静电衰减时间常数将A.缩短至1/4B.基本不变C.增大5~10倍D.减小一半答案：C10.对FICDM（FieldInducedCDM）测试，下列说法正确的是A.需将DUT预先接触充电板B.通过外部高压电源直接对芯片引脚充电C.利用电场感应使器件浮空充电D.仅适用于BGA封装答案：C二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）11.下列措施可有效降低HBM失效风险A.在I/O口增加双二极管ESD保护B.提高栅氧厚度C.采用GGNMOSsnapback结构D.降低封装引脚电感答案：A、C12.关于静电接地系统，下列说法正确的是A.交流设备地线与ESD地线可共用同一汇流排B.防静电工作台面应串接1MΩ电阻后接地C.EPA（ESDProtectedArea）内允许存在孤立导体D.接地电阻测试需使用<10V开路电压的兆欧表答案：B、D13.导致CDM测试结果分散性大的因素包括A.继电器寄生电感B.环境温湿度昼夜波动C.测试板FR4介电常数批次差异D.操作者佩戴棉质手套答案：A、B、C14.离子平衡度超标可能引起A.反向充电损伤B.读数漂移C.表面灰尘再吸附D.空气放电电弧变长答案：A、B、C15.下列属于静电防护“三同时”要求的是A.同时设计B.同时施工C.同时投入使用D.同时验收答案：A、B、C三、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）16.金属导体在静电场中达到平衡时，内部场强为零。答案：√17.表面电阻率>10¹²Ω的材料一定属于高绝缘材料，不可用于EPA。答案：×18.当使用静电电压表测量时，若读数为负，说明被测物带负电。答案：√19.在MM（MachineModel）测试中，放电网络为200pF电容串0.5μH电感。答案：×20.防静电包装屏蔽袋的屏蔽层厚度越厚，其表面电阻越低。答案：×21.静电衰减测试时，初始电压通常设定为±1000V。答案：√22.对于高速信号引脚，ESD保护器件的寄生电容需<0.5pF。答案：√23.接地监测仪报警时，可临时用铜导线短接腕带与地线继续作业。答案：×24.静电场强度单位“kV/m”与“V/cm”换算关系为1kV/m=10V/cm。答案：√25.采用TVS二极管阵列时，钳位电压需低于被保护器件绝对最大额定值。答案：√四、填空题（每空2分，共20分）26.人体行走静电压模型中，鞋底与地板材料配对产生的饱和电压可达________kV。答案：1527.IEC6134051要求EPA内绝缘体距ESDS（静电敏感器件）至少________cm。答案：3028.当使用电荷板监测仪（CPM）验证离子风机时，从±1000V衰减至________V的时间定义为衰减时间。答案：10029.在HBM波形验证中，上升时间t_r需小于________ns。答案：1030.若某材料体积电阻率为10⁸Ω·cm，则其表面电阻率数量级约为________Ω。答案：10⁹31.对于8kV接触放电，IEC6100042规定峰值电流为________A。答案：3032.当环境湿度>60%RH时，绝缘体表面水膜厚度约________nm，足以提供泄漏通路。答案：533.在FICDM测试中，场强达到________kV/cm时，SiO₂栅氧可能发生FowlerNordheim隧穿。答案：1034.防静电地坪的接地极与建筑防雷地网间距应>________m，避免地电位反击。答案：235.腕带内表面导电层电阻应<________kΩ，确保接触可靠。答案：10五、简答题（每题8分，共24分）36.简述静电放电引起MOS器件栅氧击穿的全过程，并给出两种常用保护结构。答案：过程：1.外部静电电荷通过引脚注入；2.栅极与沟道间形成高场强（>10MV/cm）；3.产生FowlerNordheim隧穿电流，局部焦耳热积累；4.形成永久熔融通道，栅氧短路，器件失效。保护结构：1.GGNMOS（GroundedGateNMOS）利用snapback钳位；2.双二极管railtorail结构，将正负压分别泄放至VDD与VSS。37.为什么EPA内禁止使用普通塑料袋？请从材料电阻、摩擦起电、屏蔽性能三方面说明。答案：1.普通PE袋表面电阻>10¹³Ω，电荷无法泄漏；2.摩擦起电序列中PE位于负电端，与金属、人手摩擦易产生−10kV以上；3.无屏蔽层，外部场强可直接穿透，感应出>50V电位，足以损伤<100V敏感器件。38.说明离子风机在0.3m距离处离子平衡度漂移>±50V的可能原因及校准步骤。答案：原因：1.发射针氧化导致正负离子产额失衡；2.气流通道积尘改变空间电导分布；3.反馈传感器电极污染，基准偏移。校准步骤：1.使用CPM在0.3m正中位测量，记录±1000V→100V衰减时间；2.若平衡度漂移>±50V，用无水酒精清洁发射针；3.进入风机维护模式，调节PWM占空比，使CPM读数<±10V；4.重复三次，漂移均<±10V判定合格。六、计算题（共21分）39.（7分）某HBM测试网络为1.5kΩ与100pF串联，初始电压V0=2kV。求：(1)放电电流峰值Ip；(2)50%衰减时间t50；(3)若被测器件并联10pF，新的t50′。答案：(1)Ip=V0/R=2000V/1.5kΩ=1.33A(2)τ=RC=1.5kΩ×100pF=150ns；t50=τln2≈104ns(3)C′=100pF+10pF=110pF；τ′=1.5kΩ×110pF=165ns；t50′=165ns×ln2≈114ns40.（7分）一防静电地坪尺寸为10m×10m，表面电阻Rs=1×10⁸Ω，接地铜箔置于四角，每角接地电阻Rg=10Ω。若中央区域注入1μC电荷，求：(1)地坪表面电位V；(2)电荷衰减至5%所需时间t；(3)若湿度升高使Rs降至1×10⁷Ω，t′为多少？答案：(1)电容近似C=ε0εrA/d，取εr=5，d=2mm，C≈2.2nF；V=Q/C=1μC/2.2nF≈455V(2)τ=RsC=1×10⁸Ω×2.2nF=220ms；t=−τln0.05≈660ms(3)τ′=1×10⁷Ω×2.2nF=22ms；t′≈66ms41.（7分）某CDM测试板寄生电感L=10nH，器件封装电容Cd=5pF，放电回路总电阻R=1Ω。求：(1)固有振荡频率f0；(2)临界阻尼电阻Rc；(3)若R=0.5Ω，峰值电流Ip（V0=500V）。答案：(1)f0=1/(2π√LC)=1/(2π√10nH×5pF)≈712MHz(2)Rc=2√(L/C)=2√(10nH/5pF)≈2.8Ω(3)欠阻尼，Ip≈V0√(C/L)=500V×√(5pF/10nH)≈11.2A七、综合设计题（共40分）42.（20分）设计一款适用于USB4®（40Gbps）接口的ESD保护芯片，要求：1.钳位电压<5V@8AIpp；2.寄生电容<0.3pF；3.支持±8kV接触放电；4.给出器件截面图、等效电路、关键尺寸与工艺参数，并计算TLP特性曲线。答案：方案：采用深亚微米SOI工艺，双向TVS+低容二极管堆叠。截面：P+衬底上生长1μm埋氧；30VNwell形成主雪崩区；多晶硅栅场板降低边缘场；背面深槽填铜，热阻<20K/W。等效电路：双向TVS：背靠背齐纳，Vbr=4.5V；低容二极管：2×PN结面积10μm×10μm，Cj≈0.15pF；总电容0.3pF（含封装0.05pF）。TLP测试：100ns脉宽，上升200ps；Ipp=8A时Vclamp=4.8V；漏电流<0.1μA@3.3V；通过±8kVHBM、±15kV空气放电。43.（20分）某芯片封装厂拟建500m²EPA，需满足IEC6134051与ANSI/ESDS20.20双标准。请给出：1.区域分级图（含黄线、红线、绿区）；2.接地系统拓扑（等电位、星型、单点）；3.监测清单（含测试频次、仪器、限值）；4.预算表（设备、耗材、年维护）。答案：1.分级图：绿区：包装工位、成品仓，表面电阻<10⁹Ω；黄区：测试、目检，表面电阻<10⁸Ω；红线：晶圆减薄、键合，表面电阻<10⁷Ω，离子风机全覆盖。2.接地拓扑：星型汇流铜排25mm×3mm，单点接入建筑地网，地环电阻<0.1Ω；工作台面、地坪、设备、人员分别串1MΩ