ESD机理与测试_AEC-Q100-002

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ESD(electrostatic discharge):
摩擦生电使电荷聚集起来,当聚集有电荷的物体接触器件时,通过器件的管脚与地之间形成放电通道,当聚集的电荷足够多时,这样的快速放电,会形成很大的电流(几十安级),对微安或毫安级的集成电路来说,或造成严重损伤。

损伤的可能情况如下:
1,由于介质击穿而导致氧化物薄膜破裂。

2,导致金属导线熔化。

3,由于寄生的pn结而导致CMOS器件闭锁。

4,产生隐藏的缺陷。

5,强电场对附近的电器引起干扰或故障。

某些损伤会使器件立即失效,称为硬损伤,比如pn结损伤或烧毁,金属层失效,氧化层击穿。

有些损伤是潜在的,随着时间增加才显现出来。

LDD结构
LDD结构的优点:因为栅下方的电场减小了80%,使得器件的热载流子寿命大为增加。

缺点:因为n-结较浅,电流密度大,在发生SED时,更容易造成损伤。

ESD损伤模型:
人体模型(HBM,human body model),机器模型(MM,machine model),和带电器件充电模型(CDM,charged device model)。

HBM的描述了日常生活中的静电模式,生产装配过程中主要是后两种模型。

HBM模型如下(AEC-q100-002):
MM模型如下(AEC-q100-003):
AEC-Q100-002:HBM 静电放电测试
1,范围
1.1 描述
本文档的目的是建立一个可信的可重复的HBM ESD 敏感度测试的过程。

1.2 参考文档
1.3 术语和定义
1.3.1 器件失效
在某条件下,器件不能完全满足第5节定义的可接受的标准,视为失效。

1.3.2 DUT
被评价ESD敏感性的电子器件。

1.3.3 ESD
在不同的静电势的物体之间的静电转移。

1.3.4 ESD敏感度
导致器件失效的静电电势级别。

1.3.5 静电放电模拟器
本文介绍的用于模拟HBM ESD脉冲的设备。

1.3.6 HBM ESD
满足本文指定的波形的ESD脉冲。

1.3.7 非电源引脚
所有的引脚,但是不仅限于,in,out,inout,Vref,Vpp,clock,和no connect引脚。

这些pin 不向DUT输入电压或电流。

1.3.8 电源引脚
所有的电源引脚,接外部电压源的引脚,接地引脚。

在chip或封装内通过金属导线连在一起的引脚视为一个引脚。

1.3.9 PUT
被测的引脚。

1.3.10 IR
脉冲电流上升以后的高频电流震荡。

1.3.11 耐压
ESD电压级别,如果等于或低于该电压,器件有决心通过第4节的失效标准而不判为失效。

1.3.12 WCP
引脚对,代表最坏的波形。

WCP要用每种插座证明过。

2,设备
2.1 测试仪器
本测试中,仪器包括ESD脉冲模拟器和DUT插座。

图1是一个典型的HBM ESD电路。

别的等效的贿赂也可以使用。

但是实际产生的脉冲要满足表1,图2,图3的要求。

2.2 测试设备
测试设备要包含示波器,和电流探头,以证明模拟器输出的脉冲和本文要求的脉冲是一致的。

2.2.1 电流探头
电流探头的带宽最小是350MHz。

探头的线长最大是1m。

(比如泰克CT-1)。

2.2.2 评价负载
有两种负载:1),低电感,1000V,500ohm的溅射薄膜电阻(公差在+-1%以内);2),18AWG(美国的导线标准)的镀锡铜导线。

负载的引脚长要尽可能的短,在穿过电流探头的的时候要跨过WCP。

2.2.3 示波器
示波器和放大器的组合的最小带宽是350MHz。

2.3 设备确认
2.4 模拟器的波形证明
2.4.1 波形确认流程
a,用短接线代替器件,放置电流探头。

b,设置示波器的水平时间刻度为5nS/格,或更小。

c,启动一个1000到4000伏的水平正脉冲。

d,测试和记录上升时间,尖峰电流和振荡电流。

所有的参数要满足表1和图2.
AEC-Q100-002:HBM 静电放电测试
e,触发一个负脉冲,1000V和4000V。

模拟器只能产生一个脉冲。

f,记录上升时间,尖峰电流,振荡电流。

g,示波器的水平刻度设为100nS/格或者更大。

发生一个正向脉冲,1000V和4000V。

h,测试和记录衰减时间和振荡电流。

i,发生负向的1000V和4000V的脉冲。

j,测试和记录衰减时间和振荡电流。

2.5 自动ESD测试设备的继电器验证
如果要使用自动设备,则需要进行该步骤。

要对所有的高压继电器按照设备说明进行诊断。

者用于查找系统中的open或short继电器。

继电器验证必须在试验开始阶段进行,如果发现有失效的继电器,则该设备
的试验结果无效。

3, 过程
3.1 样品大小
每组样品要包含3个芯片。

每组芯片要按表2的说明对所有的pin组合进行压力测试。

3.2 pin组合
3.3 测试温度
在室温低下进行。

3.4 测量
测试前,要对所有的样品进行参数和功能测试,温度高温->室温。

3.5 测试开始
4,失效判据
如果器件在ESD测试后,不再满足器件特性,则视为该器件失效。

ESD测试后,要在高温和室温下,对器件进行完整的DC参数和功能测试。

5,可接受等级。