ESD与latchup测试介绍解读课件.ppt

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1、ESD模型及有关测试,1、ESD模型分类2、HBM和MM测试方法标准3、CDM模型和测试方法标准4、拴锁测试5、I-V测试6、标准介绍,1、ESD模型分类,因ESD产生的原因及其对集成电路放电的方式不同，经过统计，ESD放电模型分下列四类:(1)人体放电模式(Human-Body Model,HBM)(2)机器放电模式(Machine Model,MM)(3)组件充电模式(Charged-Device Model,CDM)(4)电场感应模式(Field-Induced Model,FIM)另外还有两个测试模型：(5)对于系统级产品测试的IEC电子枪空气放电模式(6)对于研究设计用的TLP模型,

2、人体放电模式(Human-Body Model,HBM),人体放电模式(HBM)的ESD是指因人体在地上走动磨擦或其它因素在人体上已累积了静电，当此人去碰触到IC时，人体上的静电便会经由IC的脚(pin)而进入IC内，再经由IC放电到地去，如图2.1-1(a)所示。此放电的过程会在短到几百毫微秒(ns)的时 间内产生数安培的瞬间放电电流，此电流会把IC内的组件 给烧毁。不同HBM静电电压相对产生的瞬间放电电流与时间的关系 显示于图2.1-1(b)。对一般商用IC的2-KV ESD放电电压而言，其瞬间放电电流的尖峰值大约是1.33 安培。,机器放电模式(Machine Model,MM),有关于

3、HBM的ESD已有工业测试的标准：图显示工业标准(MIL-STD-883C method 3015.7)的等效电路图，其中人体的 等效电容定为100pF，人体的等效放电电阻定为1.5K。表是国际电子工业标准(EIA/JEDEC STANDARD)对人体放电模式订定测试规范(EIA/JESD22-A114-A),机器放电模式(Machine Model,MM),机器放电模式的ESD是指机器(例如机械手臂)本身累积了静电，当此机器去碰触到IC时，该静电便经由IC的pin放电。因为机器是金属，其等效电阻为0，其等效电容为200pF。由于机器放电模式的等效电阻为0，故其放电的过程更短，在几毫微秒到几十

4、毫微秒之内会有数安培的瞬间放电电流产生。此机器放电模式工业测试标准为 EIAJ-IC-121 method20，其等效电路图和等级如下：,机器放电模式(Machine Model,MM),2-KV HBM与200-V MM的放电比较如图，虽然HBM的电压2 KV比MM的电压200V来得大，但是200-V MM的放电电流却比2-KV HBM的放电电流来得大很多，放电电流波形有上下振动(Ring)的情形，是因为测试机台导线的杂散等效电感与电容互相耦合而引起的。因此机器放电模式对IC的破坏力更大。国际电子工业标准(EIA/JEDEC STANDARD)亦对此机器放电模式订定测试规范(EIA/JESD

5、22-A115-A),组件充电模式(Charged-Device Model,CDM),CDM模式ESD可能发生的情形显示：(1)IC自IC管中滑出后，带电的IC脚接触接到地面而形成放电现象。(2)IC自IC管中滑出后，IC脚朝上，但经由接地的金属工具 而放电。(1)(2),电场感应模式(Field-Induced Model,FIM),FIM模式的静电放电发生是因电场感应而起的。当IC因输送带或其它因素而经过一电场时，其相对极性的电荷可能会自一些IC脚而排放掉，等IC通过电场之后，IC本身便累积了静电荷，此静电荷会以类似CDM的模式放电出来。有关FIM的放电模式早在双载子(bipolar)晶

6、体管时代就已被发现，现今已有工业测试标准。国际电子工业标准(EIA/JEDEC STANDARD)中亦有此电场感应模式订定测试规范(JESD22-C101)。,HBM,MM与CDM模型参数比较,2KV HBM,200V MM,与1KV CDM的放电电流比较，其中1KV CDM的放电电流在不到1ns的时间内，便已冲到约15安培的尖峰值，但其放电的总时段约在10ns的时间内便结束。此种放电现象更易造成集成电路的损伤。,HBM,MM与CDM比较,2、HBM和MM测试方法标准,HBM测试方法及标准1.ANSI-STM5.1-2001 JESD22-A114D-2005 AEC-Q100-002D-20

7、032.该标准用于明确HBM模式下的ESD电压敏感度的测试、评价以及分级过程3.整个测试过程繁琐，尤其对仪器及脉冲波形的校验工作，但非常必要4.ESD测试中，器件不在工作状态,2、HBM和MM测试方法标准,HBM测试方法及标准1.ANSI-STM5.1-2001 JESD22-A114D-2005 AEC-Q100-002D-20032.该标准用于明确HBM模式下的ESD电压敏感度的测试、评价以及分级过程3.整个测试过程繁琐，尤其对仪器及脉冲波形的校验工作，但非常必要4.ESD测试中，器件不在工作状态,2、HBM和MM测试方法标准,2、HBM和MM测试方法标准,2、HBM和MM测试方法标准,H

8、BM和MM测试方法,所有管脚（一次一根）对（第X组）接地管脚（接地）所有管脚（一次一根）对（第y组）电源管脚（接地）所有I/O管脚（一次一根）对所有其他I/O管脚（接地）NC管脚依美军标MIL-883不测试依民标ESDA/JEDEC/AEC均要求测试 在每一测试模式下，IC的该测试脚先被打上(Zap)某一ESD电压，而且在同一ESD电压下，IC的该测试脚必须要被Zap三次，每次Zap之间的时间间隔约一秒钟，Zap三次之后再观看该测试脚是否己被ESD所损坏，若IC尚未被损坏则调升ESD的电压，再Zap三次。此ESD电压由小而逐渐增大，如此重复下去，直到该IC脚己被ESD所损坏，此时造成IC该测试

9、脚损坏的ESD测试电压称为静电放电故障临界电压(ESD failure threshold)。,HBM/MM测试内容,如果每次调升的ESD测试电压调幅太小，则测试到IC脚损坏要经过多次的ESD放电，增长测试时间;若每次调升的ESD测试电压太大，则难以较精确测出该IC脚的ESD耐压能力。规定：正负极性均要测试从低压测到高压，起始电压为70%的平均ESD failure threshold(VESD)步进当小于1000V时步进50V(100V)，大于1000V时步进100V(250V,500V)可以是一个管脚步进测量或者所有管脚扫描测量,HBM/MM测量方法,最短间隔时间和测试次数,上述测试的方法

10、在MM/CDM中都是相同的,每一脚都有ESD failure threshold。此颗IC的ESD failure threshold定义为所有IC脚中ESD failure threshold最小的那个电压值，因此，该颗IC的ESD failure threshold仅达500V。IC制程特性有时会有小幅的(10%)漂移，所以在相同批次IC中随机取样至少大于5颗。,HMB ESD failure photo,3、CDM模型和测试方法标准,3、CDM模型和测试方法标准,6、拴锁测试,6、拴锁测试,6、拴锁测试,6、拴锁测试,使用curve tracter测试拴锁,6、拴锁测试,8、ESD测试标

11、准和分类,根据ESD模式分类HBM测试标准MM测试标准CDM测试标准根据提出标准的组织分类JESD22系列，JEDEC Solid State Technology Association(Joint Electron Device Engineering Council)提出ANSI-ESDSTM5.X系列，ESDA协会提出AEC-Q100系列，汽车电子委员会Automotive Electronics Council提出MIL-STD-883E系列，美国军方国防部提出HBM测试特点HBM测试标准基本上是依据美国军方测试标准MIL-STD-883E改进而成HBM和MM测试方法差不多CDM测试方法和测试仪器与前两者差别大,我公司ESD与Latch up的测试规范,15-1002 集成电路ESD评估规范 15-1003 CMOS集成电路Latch-Up的评估规范,