ESD静电敏感等级介绍PPT课件.ppt

防靜電材料物品量測與靜電敏感等級測試介紹 ESD培訓系列教材之 1 教材大綱 一 防靜電材料物品時效性檢驗二 靜電敏感等級測試介紹1 靜電放電模型2 設備的ESD實驗3 SSD料件的靜電敏感等級測試 2 防靜電材料物品時效性檢驗 防靜電材料物品技術性能與管理檢查項目 靜電放電模型 一 人體放電模型 HBM HumanBodyModel 1 理論介紹 這個測試模型表示放電從人體的指尖傳到器件上的導電管腳 該模型通過一個開關組件 將充了電的100pF電容器 在待測器件和與之相串聯的一個1500 電阻上放電 放電本身是有2 10ns上升時間 和大約150ns脉衝寬度的雙重指數信號波形 使用1500 串聯電阻 意味著這個模型接近一個電流源 所有的器件都應該視為HBM敏感器件 2 電路圖及示意圖 4 靜電放電模型 二 機器放電模型 MM MachineModel 1 理論介紹 機器模型的損害主要來源 是能量迅速地從一個帶電的導體傳輸到器件的導電管腳 這個放電模型是200pF電容直接對500nH電感放電 沒有串聯電阻 由於缺乏限制電流的串聯電阻器 這個模型接近一個電壓源 在現實中這個模型代表了物體之間的迅速放電 譬如帶電的電路板裝置 帶電的線纜或一個自動測試的傳導手臂 放電本身是具有5 8ns上升時間和大約80ns周期的正弦衰減波形 2 電路圖 5 靜電放電模型 三 充電器件模型 CDM Charged DeviceModel 1 理論介紹 帶電器件模型損害的主要來源是能量從一個帶電器件迅速的釋放 靜電放電完全與器件相關 但器件零電位面的相對距離 卻能影響實際的失效水平 該模型假定 當帶電器件的導電管腳與具有較低電位的導體平面接觸時 會發生迅速的放電 信號波形的上升時間經常小於200 s 整個放電過程可能發生在少於2 0ns的時間里 2 電路圖 6 ANSI ESDSTM5 1 2007介绍 美國國家標準ANSI ESDSTM5 1是國際通用的元件HBM模型靜電放電敏感度測試標準 一 HBM模型靜電放電敏感度等級分類 二 必須的設備1 人體模型靜電放電測試器ESD測試設備是一個符合標準要求的組合設備 2 波形驗證設備設備能夠驗證本標準中脈衝波形 包括 一個示波器 二個評估負載 和一個電流感測器 ANSI ESDSTM5 1 2007介绍 三 設備和波形要求6 1設備校準按照國家標準對全部的測試設備作校準 包括示波器 電流感測器和高壓電阻負載 最大的校準間隔時間為一年 6 2測試器審查和再審查HBMESD測試器的最初審查 應該按照交貨或第一次使用時的標準進行審查 HBMESD測試器的再審查 應該按照製造者的建議執行 再審查測試的最大間隔時間是一年 PS 修理或者維護之後可能影響波形 此時需要對測試儀器作校正 6 3測試器波形記錄新設備在最初審查時 需要對正 負極性的波形作記錄 ANSI ESDSTM5 1 2007介绍 四 零件敏感等級測試要求和程式1 靜電敏感等級測試要求A 測試之前 之中 之後始終對DUT採取完全的ESD防護措施B 使用短路線在1000V或測試電壓下對波形的完整性進行驗證C 測試DUT在運轉和非運轉狀態下的電性能參數D 確定所有可能的管腳組合 隨DUT不同而不同 取決於同樣名稱的電源管腳的組合 2 靜電敏感等級測試程式A 最少抽取3個測試樣品 測定它們在運轉和非運轉狀態下的電性能參數 B 確定測試起始電壓與初始的管腳組合C 對元件施加一個正的和負的電流脈衝 脈衝之間允許最小為0 3秒的間隔 然後對所有其他的管腳組合重複這一過程 D 在室溫下測試元件在運轉與非運轉狀態下的電性能參數 如果3個元件的電性能參數均符合規格 則使用靜電敏感等級中更高一級的電壓重複以上測試步驟 E 如果有元件失效 則使用3個新的元件 使用一個較低的電壓重做敏感度測試 如果此元件仍然失效 再減小測試電壓級別作測試 直到測試電壓為250V ANSI ESDSTM5 1 2007介绍 五 失效判定標準被測試的元件不符合規定的電性能參數 典型的IC零件示意圖 1 對任意一個I O管腳的可能的測試組合 ANSI ESDSTM5 1 2007介绍 a PS 模式 VSS腳接地 正的ESD電壓出現在該I O腳對VSS腳放電 此時VDD與其他腳皆浮接 b NS 模式 VSS腳接地 負的ESD電壓出現在該I O腳對VSS腳放電 此時VDD與其他腳皆浮接 c PD 模式 VDD腳接地 正的ESD電壓出現在該I O腳對VDD腳放電 此時VSS與其他腳皆浮接 d ND 模式 VDD腳接地 負的ESD電壓出現在該I O腳對VDD腳放電 此時VDD與其他腳浮接 2 pin to pin放電可能的測試組合a Positive 模式 正的ESD電壓出現在某一I O腳 此時所有其他I O腳皆一起接地 但所有的VDD腳與VSS腳皆浮接 b Negative 模式 負的ESD電壓出現在某一I O腳 此時所有其他I O腳皆一起接地 但所有的VDD腳與VSS腳皆浮接 ANSI ESDSTM5 1 2007介绍 3 VDD to VSS的可能放電模式a Positive 模式 正的ESD電壓出現在VDD腳 此時VSS腳接地 但所有I O腳皆浮接 b Negative 模式 負的ESD電壓出現在VDD腳 此時VSS腳接地 但所有I O腳皆浮接 靜電放電故障判斷常見的有下述三種方法 絕對漏電流 當IC被ESD測試後 其I O腳的漏電流超過1 A 或10 A 漏電流會隨所施加的偏壓大小增加而增加 相對I V漂移 當IC被ESD測試後 IC內部的I V特性曲線漂移量在30 功能觀測法 先把功能正常且符合規格之IC的每一支管腳依測試組合打上ESD測試電壓 再拿去測試其功能是否仍符合原來的規格 對同一IC而言 用不同的故障判定準則 可能會有不同的靜電敏感等級 因此ESD敏感等級要在有注明其故障判定準則條件之下 才顯得有意義 ANSI ESDSTM5 1 2007介绍 測試次數計算 假設一顆40pin的IC 38支I O 1支VDD 1支VSS 其人體放電模式 HBM 自1400V測到2000V 每次ESD電壓增加量為100V的情形下 所要測試的次數 每一測試腳在變化ESD電壓之下的Zap次數 2000 1400 100 1 7次 每一支I O管腳的測試組合 4種 38支I O管腳的總測試次數 38支 4種 7次 1064次 Pin to Pin靜電放電測試之次數 38支 2種 7次 532次 VDD to VSS靜電放電測試之次數 1支 2種 7 14次 故該40腳位IC的ESD 1400 2000V 總測試次數 1610次 由上述的簡單估算可知 一具有40腳位的IC 只從1400V測到2000V 每一次電壓調升100V 則要1610次的ESD放電測試 以上所談的ESD測試次數是指HBM測試 若該IC也要做MM以及CDM的ESD測試 則還要再加上MM及CDM的ESD測試次數 ANSI ESDSTM5 1 2007介绍 測試結果的判讀 假設下表為某一個IC的靜電敏感等級測試數據 ANSI ESDSTM5 1 2007介绍 測試腳4是VDD 測試腳17是VSS 其他為輸入或輸出腳 表中 OK 表示其ESD耐壓超過8KV以上 對I O腳有四種測試模式 先看第7腳 其ESD耐壓分別為4250V PD 模式 500V ND 模式 4000V PS 模式 以及 5750V NS 模式 此第7腳的靜電放電故障臨界電壓 ESDfailurethreshold 定義為其四種測試模式下的最低值 即此第7腳的ESDfailurethreshold為500V 再看第11腳 其ESD耐壓分別為7250 PD 模式 超過8000V ND 模式 7250 PS 模式 以及超過8000V NS 模式 此第11腳的ESDfailurethreshold為7250V 依此類推 每一腳都有其ESDfailurethreshold 而此顆IC的ESDfailurethreshold定義為所有IC腳中ESDfailurethreshold最小的那個電壓值 因此 該顆IC的ESDfailurethreshold僅為500V 在一批相同的IC中 要隨機取樣一些IC做ESD耐壓測試 在每樣測試中所挑選的IC數目至少大於3顆 在這些ESD耐壓