模型和測試標(biāo)準(zhǔn)ppt課件

1、esd.iclabESD模型及有關(guān)測試1、ESD模型分類2、HBM和MM測試方法規(guī)范3、 CDM模型和測試方法規(guī)范4、 EIC模型和測試方法規(guī)范5、 TLP及其測試方法6、拴鎖測試7、 I-V測試8、規(guī)范引見1、ESD模型分類因ESD產(chǎn)生的緣由及其對集成電路放電的方式不同，經(jīng)過統(tǒng)計，ESD放電模型分以下四類:(1) 人體放電方式 (Human-Body Model, HBM)(2) 機(jī)器放電方式 (Machine Model, MM)(3) 組件充電方式 (Charged-Device Model, CDM)(4) 電場感應(yīng)方式 (Field-Induced Model, FIM)另外還有兩個

2、測試模型：(5)對于系統(tǒng)級產(chǎn)品測試的IEC電子槍空氣放電方式(6)對于研討設(shè)計用的TLP模型人體放電方式 (Human-Body Model, HBM)人體放電方式(HBM)的ESD是指因人體在地上走動磨擦或其它要素在人體上已累積了靜電，當(dāng)此人去碰觸到IC時，人體上的靜電便會經(jīng)由IC的腳(pin)而進(jìn)入IC內(nèi)，再經(jīng)由IC放電到地去，如圖2.1-1(a)所示。此放電的過程會在短到幾百毫微秒(ns)的時 間內(nèi)產(chǎn)生數(shù)安培的瞬間放電電流，此電流會把IC內(nèi)的組件 給燒毀。 不同HBM靜電電壓相對產(chǎn)生的瞬間放電電流與時間的關(guān)系 顯示于圖2.1-1(b)。對普通商用IC的2-KV ESD放電電壓而言，其瞬間

3、放電電流的尖峰值大約是1.33 安培。 機(jī)器放電方式 (Machine Model, MM)有關(guān)于HBM的ESD已有工業(yè)測試的規(guī)范：圖顯示工業(yè)規(guī)范 (MIL-STD-883C method 3015.7)的等效電路圖，其中人體的 等效電容定為100pF，人體的等效放電電阻定為1.5K。表是國際電子工業(yè)規(guī)范(EIA/JEDEC STANDARD) 對人體放電方式訂定測試規(guī)范(EIA/JESD22-A114-A)機(jī)器放電方式 (Machine Model, MM)機(jī)器放電方式的ESD是指機(jī)器(例如機(jī)械手臂)本身累積了靜電，當(dāng)此機(jī)器去碰觸到IC時，該靜電便經(jīng)由IC的pin放電。由于機(jī)器是金屬，其等效

4、電阻為0，其等效電容為200pF。由于機(jī)器放電方式的等效電阻為0，故其放電的過程更短，在幾毫微秒到幾十毫微秒之內(nèi)會有數(shù)安培的瞬間放電電流產(chǎn)生。此機(jī)器放電方式工業(yè)測試規(guī)范為 EIAJ-IC-121 method20，其等效電路圖和等級如下：機(jī)器放電方式 (Machine Model, MM)2-KV HBM與200-V MM的放電比較如圖，雖然HBM的電壓2 KV比MM的電壓200V來得大，但是200-V MM的放電電流卻比2-KV HBM的放電電流來得大很多，放電電流波形有上下振動(Ring)的情形，是由于測試機(jī)臺導(dǎo)線的雜散等效電感與電容相互耦合而引起的。因此機(jī)器放電方式對IC的破壞力更大。國

5、際電子工業(yè)規(guī)范 (EIA/JEDEC STANDARD) 亦對此機(jī)器放電方式訂定測試規(guī)范 (EIA/JESD22-A115-A)組件充電方式組件充電方式 (Charged-Device Model, CDM)此放電方式是指IC先因磨擦或其它要素而在IC內(nèi)部累積了靜電，但在靜電累積的過程中IC并未被損傷。此帶有靜電的IC在處置過程中，當(dāng)其pin去碰觸到接地面時，IC內(nèi)部的靜電便會經(jīng)由pin自IC內(nèi)部流出來，而呵斥了放電的景象。 此種方式的放電時間更短，僅約幾毫微秒之內(nèi)，而且放電景象更難以真實(shí)的被模擬。組件充電方式組件充電方式 (Charged-Device Model, CDM)CDM方式ESD

6、能夠發(fā)生的情形顯示：(1) IC自IC管中滑出后，帶電的IC腳接觸接到地面而構(gòu)成放電景象。(2) IC自IC管中滑出后，IC腳朝上，但經(jīng)由接地的金屬工具 而放電。 (1) (2)組件充電方式組件充電方式 (Charged-Device Model, CDM)IC內(nèi)部累積的靜電會因IC組件本身對地的等效電容而變，IC擺放角度與位置以及IC所用包裝型式都會呵斥不同的等效電容。此電容值會導(dǎo)致不同的靜電電量累積于IC內(nèi)部。 電場感應(yīng)方式電場感應(yīng)方式 (Field-Induced Model, FIM)FIM方式的靜電放電發(fā)生是因電場感應(yīng)而起的。當(dāng)IC因保送帶或其它要素而經(jīng)過一電場時，其相對極性的電荷能

7、夠會自一些IC腳而排放掉，等IC經(jīng)過電場之后，IC本身便累積了靜電荷，此靜電荷會以類似CDM的方式放電出來。有關(guān)FIM的放電方式早在雙載子(bipolar)晶體管時代就已被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今已有工業(yè)測試規(guī)范。國際電子工業(yè)規(guī)范(EIA/JEDEC STANDARD) 中亦有此電場感應(yīng)方式訂定測試規(guī)范 (JESD22-C101) 。 IEC電子槍空氣放電方式電子槍空氣放電方式主要是接觸式放電和非接觸式放電8kV air discharge4kV contact mode for most products6kV contact for medical devicesTLP模型 為了研討ESD防護(hù)器件的任務(wù)

8、特性，了解ESD脈沖來的時候，落在ESD防護(hù)器件上的電壓電流，包括開啟的電壓和ESD脈沖繼續(xù)期間的ESD防護(hù)器件的每個點(diǎn)的電壓電流，也就是觸發(fā)電壓電流、回退電壓電流和二次解體電壓電流等。 為了到達(dá)上述目的，就要將ESD脈沖離散化。這就是用TLP的矩形脈沖模擬HBM的放電脈沖和放電行為。TLP脈沖上升時間和HBM一致，TLP矩形脈沖脈寬西面的能量與HBM能量一致。HBM, MM與CDM模型參數(shù)比較2KV HBM, 200V MM, 與1KV CDM的放電電流比較，其中1KV CDM的放電電流在不到1ns的時間內(nèi)，便已沖到約15安培的尖峰值，但其放電的總時段約在10ns的時間內(nèi)便終了。此種放電景象

9、更易呵斥集成電路的損傷。HBM, MM與CDM比較2、HBM和和MM測試方法規(guī)范測試方法規(guī)范HBM測試方法及規(guī)范1.ANSI-STM5.1-2019 JESD22-A114D -2019 AEC-Q100-002D -20192.該規(guī)范用于明確HBM方式下的ESD電壓敏感度的測試、評價以及分級過程3.整個測試過程繁瑣，尤其對儀器及脈沖波形的校驗(yàn)任務(wù)，但非常必要4. ESD測試中，器件不在任務(wù)形狀2、HBM和和MM測試方法規(guī)范測試方法規(guī)范一些比較重要的概念:1器件失效(component failure)：當(dāng)器件不再符合廠商或用戶提供的器件動態(tài)和靜態(tài)特性參數(shù)2ESD敏感度(sensitivity

10、):引起器件失效的ESD等級(level)3ESD耐受電壓(withstand voltage)：在不引起器件失效前提下的最大ESD等級4步進(jìn)耐壓加強(qiáng)(Step stress test hardening):在步進(jìn)添加的測試電壓下，器件的耐受電壓的景象 2、HBM和和MM測試方法規(guī)范測試方法規(guī)范用于驗(yàn)證脈沖電流波形的儀器：示波器、連個電阻負(fù)載和一個電流傳感器。詳細(xì)目的：示波器：分辨率100mA/1cm、帶寬350MHz、1cm/ns的顯示輸出速度；負(fù)載電阻：Load1:短道路， Load2：500ohm電流探針：帶寬 350MHz，峰值電流12A，上升時間小于1ns儀器和脈沖波形檢測和校準(zhǔn)初次

11、運(yùn)用時檢測例行檢測維修后檢測測試版或引腳插槽改換或挪動后檢測記錄波形(用于對比和校驗(yàn))新機(jī)器老機(jī)器2、HBM和和MM測試方法規(guī)范測試方法規(guī)范測試板的校驗(yàn)程序：1測試板上一切引腳的電氣銜接性2對于新安裝的測試板 找出測試板上離脈沖發(fā)生器最近的一個引腳，將其作為參考節(jié)點(diǎn)銜接到B端。其他一切引腳依次銜接到A端，并且在AB間接入短接線。運(yùn)用正負(fù)1000V的脈沖電壓在AB端，察看波形，經(jīng)過一切引腳對的電流波形必需符合如圖波形2、HBM和和MM測試方法規(guī)范測試方法規(guī)范HBM測試方法及規(guī)范1.ANSI-STM5.1-2019 JESD22-A114D -2019 AEC-Q100-002D -20192.該

12、規(guī)范用于明確HBM方式下的ESD電壓敏感度的測試、評價以及分級過程3.整個測試過程繁瑣，尤其對儀器及脈沖波形的校驗(yàn)任務(wù)，但非常必要4. ESD測試中，器件不在任務(wù)形狀 對于尾波校準(zhǔn)2、HBM和和MM測試方法規(guī)范測試方法規(guī)范2、HBM和和MM測試方法規(guī)范測試方法規(guī)范2、HBM和和MM測試方法規(guī)范測試方法規(guī)范2、HBM和和MM測試方法規(guī)范測試方法規(guī)范2、HBM和和MM測試方法規(guī)范測試方法規(guī)范HBM和和MM測試方法測試方法一切管腳一次一根對第X組接地管腳接地一切管腳一次一根對第y組電源管腳接地一切I/O管腳一次一根對一切其他I/O管腳接地NC管腳依美軍標(biāo)MIL-883不測試依民標(biāo)ESDA/JEDEC

13、/AEC均要求測試 在每一測試方式下，IC的該測試腳先被打上(Zap)某一ESD電壓，而且在同一ESD電壓下，IC的該測試腳必需求被Zap三次，每次Zap之間的時間間隔約一秒鐘，Zap三次之后再觀看該測試腳能否己被ESD所損壞，假設(shè)IC尚未被損壞那么調(diào)升ESD的電壓，再Zap三次。此ESD電壓由小而逐漸增大，如此反復(fù)下去，直到該IC腳己被ESD所損壞，此時呵斥IC該測試腳損壞的ESD測試電壓稱為靜電放電缺點(diǎn)臨界電壓 (ESD failure threshold)。 HBM/MM測試內(nèi)容測試內(nèi)容 假設(shè)每次調(diào)升的ESD測試電壓調(diào)幅太小，那么測試到IC腳損壞要經(jīng)過多次的ESD放電，增長測試時間; 假

14、設(shè)每次調(diào)升的ESD測試電壓太大，那么難以較準(zhǔn)確測出該IC腳的ESD耐壓才干。規(guī)定：正負(fù)極性均要測試從低壓測到高壓，起始電壓為70%的平均ESD failure threshold (VESD)步進(jìn)當(dāng)小于1000V時步進(jìn)50V(100V)，大于1000V時步進(jìn)100V(250V, 500V)可以是一個管腳步進(jìn)丈量或者一切管腳掃描丈量HBM/MM丈量方法丈量方法最短間隔時間和測試次數(shù)上述測試的方法在MM/CDM中都是一樣的每一腳都有ESD failure threshold。此顆IC的ESD failure threshold定義為一切IC腳中ESD failure threshold最小的那個電

15、壓值，因此，該顆IC的ESD failure threshold僅達(dá)500V。IC制程特性有時會有小幅的(10%) 漂移，所以在一樣批次IC中隨機(jī)取樣至少大于5顆。3、CDM模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范3、CDM模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范3、CDM模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范3、CDM模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范3、CDM模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范3、CDM模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范3、CDM模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范3、CDM模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范 System level(系統(tǒng)級) is also named a

16、s on-board level (電路板級) 。主要是接觸式放電和非接觸式放電 8kV air discharge 4kV contact mode for most products 6kV contact for medical devices4、 EIC模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范4、 EIC模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范4、 EIC模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范4、 EIC模型和測試方法規(guī)范模型和測試方法規(guī)范System level ESD test Cause EMC and latch-upTFT Panel ESD 5、 TLP及其測試方法及其測試方法5、

17、TLP及其測試方法及其測試方法目前的TLP消費(fèi)廠家有：美國Barth 電子公司：Barth是世界上最早60年代從事TLP產(chǎn)品的公司，其產(chǎn)品以經(jīng)典、穩(wěn)定、可靠著稱，目前其產(chǎn)品占據(jù)全球75以上市場。主要是Barth4002TLP和Barth4012VF-TLP美國Thermo keytek儀器公司： Thermo keytek是全球測試儀器的老牌巨頭。主要是HBM/MM tester的MK2和ZAP MASTER，以及CDM tester.美國Oryx公司日本Hanwa公司價錢上從貴到廉價是：BarthOryxThermo keytekHanwa穩(wěn)定可靠性從高到低是：BarthOryxThermo

18、 keytekHanwa標(biāo)稱值上從高到低：Thermo keytekOryxHanwaBarth從操作界面說HanwaOryxThermo keytek Barth從運(yùn)用的用戶調(diào)查來看：TSMC、UMC前前后后都是運(yùn)用的是Barth的TLP，而ESD/Lartch-up根本上運(yùn)用的是Keytech的， SMIC、HHNEC、宜碩以及廣州五所運(yùn)用的是Barth 4002和Keytech的ESD/Lartch-up。 ，GRACE宏利運(yùn)用的是Oryx。目前業(yè)界認(rèn)可的數(shù)據(jù)：Barth 4002B TLP對于更快脈波測試運(yùn)用：Keytech 4012B TLPTLP測試規(guī)范測試規(guī)范5、 TLP及其測試方法及其測試方法5、 TLP及其測試方法及其測試方法5、 TLP及其測試方法及其測試方法各種測試的校準(zhǔn)和比對性實(shí)踐上運(yùn)用TLP/HBM等的結(jié)果很多情況下是不一致的，即使一樣的設(shè)備和測試方法有時候反復(fù)性也不是很好。ESDA：硬盤驅(qū)動IC、音頻IC、數(shù)據(jù)通訊接口IC、汽車電子IC，0.9、1.2、1.5工藝普通：TLP的IT21500HBMMM(9-10)HBMIEC(1300-2000)HBM柵氧ESD擊穿電壓1.2柵氧靜態(tài)擊穿電壓*柵氧擊穿場強(qiáng)柵氧厚度靜態(tài)擊穿電壓 TLP和HBM 也會