GB∕ T 4937.26-2023 半导体器件 机械和气候试验方法 第26部分：静电放电（ESD）敏感度测试 人体模型（HBM）（正式版）

ICS31.080.01半导体器件机械和气候试验方法Electrostaticdischarge(ESD)sensitivitytesting—Humanb国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会1前言 Ⅲ IV 1 1 1 44.1波形确认设备 44.2示波器 44.3数字示波器的附加要求 44.4电流传感器(感应电流探针) 4 54.6人体模型模拟器 54.7HBM测试设备寄生特性 55应力测试设备验证和常规确认 65.1HBM测试设备评价的一般要求 6 65.3HBM测试设备验证 95.4插座式测试设备的测试夹具板验证 5.5常规波形检查要求 5.6高压放电路径检查 5.7测试设备波形记录 6.1器件分级 6.2参数和功能测试 6.3器件应力测试 6.4引脚分类 6.5引脚分组 6.6引脚应力组合 6.8应力后测试 Ⅱ附录A(资料性)HBM测试方法流程 20 23 23B.2可选的预脉冲电压上升测试设备 B.3常开式继电器测试设备电容寄生效应 26B.4测试确定HBM模拟器是否为低寄生模拟器 26附录C(资料性)用表2、表3或表2及双引脚HBM测试设备测试产品的示例 C.2程序A(依照表2) 29C.3可选程序B(依照表3) C.4可选程序C(依照表2) 附录D(资料性)耦合非电源引脚对示例 附录E(规范性)同名非电源(I/O)引脚抽样测试方法 E.1目的和概述 E.2引脚抽样概述和统计详情 34E.3IC产品选择 E.4随机选取和测试同名I/O引脚 E.5确定是否可以用提供的Excel电 E.7抽样同名I/O引脚的测试示例 ⅢGB/T4937.26—2023/IEC6——第11部分：快速温度变化双液槽法； 第19部分：芯片剪切强度；——第26部分：静电放电(ESD)敏感度测试人体模型(HBM);本文件等同采用IEC60749-26:2018《半导体器件机械和气候试验方法第26部分：静电放电GB/T4937.26—2023/IEC6 VGB/T4937.26—2023/IEC6 1半导体器件机械和气候试验方法第26部分：静电放电(ESD)敏感度测试本文件依据元器件和微电路对规定的人体模型(HBM)静电放电(ESD)所造成损伤或退化的敏感复的HBMESD测试结果，且测试结果不因测试设备而改变。重复性数据可以保证HBME3术语和定义与电源引脚组相连的非电源引脚(通常是1/0引脚)。2GB/T4937.26—2023/IEC6分信号(LVDS)引脚，包括模拟和数字差分对及其他特殊功能引脚对(如D+/D一、XTALin/I3HBM模拟器通过测试探针与被测器件(DUT)引脚(或球、台、凸起或芯片焊盘)相连，而不是将DUT放在插座中。未被归为电源引脚或未连接的引脚。封装平面packageplane振荡ringing在芯片上或封装内，通过金属连接(典型值<3Ω)到另一个非电源引脚(或一组非电源引脚)的任意非电源引脚(通常为I/0引脚)。通过安装在测试夹具板上的DUT插座与DUT引脚(或球、台、凸起或芯片焊盘)相连的HBM模4峰值时间tmReaktime峰值电流Ip到最大值(Ipma)的时间。见图2a)。HBM电流脉冲衰减后出现的电流脉冲。见B.1。双引脚HBM测试设备two-pinHBM应根据生产厂家的建议校准用于评估测试设备的所有设备。这包括示波器、电流传感器和高压电本文件测试方法中规定的脉冲波形的确认设备包括但不限于一个示波器、评价负载和一个电流传a)在配合使用4.4中规定的电流传感器时，最小灵敏度为100mA/div;5GB/T4937.26—2023/IEC60749a)最小带宽200MHz;b)峰值脉冲电流12A;d)能采用4.5中规定的实心导体；e)提供4.2中要求的单位信号电流的输出电压(通常为1mV/mA～5mV/mA);4.5评价负载a)负载1:一根截面为0.25mm²~0.75mm²的实心镀锡铜短路线，尽可能短地穿过电流探针跨b)负载2:一个(500±5)Ω电阻，最小额定电压4000V.图1是HBM模拟器或测试设备的原理图。该测试设备的性能受寄生电容和电感的影响。因此，采用该原理图构成的测试设备不能保证提供本文件要求的HBM脉冲。第5章介绍的波形捕捉过短路短路板图1简化的HBM模拟器带载电路一个10kΩ或更大的电阻(可能串联一个开关)与测试夹具板并联。该电阻也可用于控制寄生性预脉冲电压(见附录B)。双极性脉冲发生器(源)应该设计为避免产生再充电瞬变和双脉冲。不能靠交换A、第二个插座的波形满足本文件表1的要求时才允许。注3:元器件值是标称值。某些HBM模拟器会因为寄生现象或不可控电压意外进入HBM模拟器，而错误划分HBM敏感6GB/T4937.26—2023/IEC67GB/T4937.26—2023/IEC60749-26:20---a)通过短路线的电流波形(Iy)8b)通过短路线的电流波形(t₄)时间/ns9法),对曲线插值以获得更准确的峰值电流(Ip)(见图4)。tmx是Ipmax出现的时间(见3.26对tm的定义和图2)。偏离是Ring2。短路波形测量时的最大振荡电流(见图4)定义为：一时间/ns仅基于继电器的测试设备要求进行本项测试。本项测试的目的是确保连接脉冲发生器(组)(即A端)和电流回路(即B端)到DUT的测试设备高压继电器和接地继电器功能正常。测试设备制造商应5.3.1HBMESD测试设备验证要求a)当ESD测试设备交付或首次使b)制造商建议的定期再验证。再验证测试的最长间隔是一年。GB/T4937.26—2023/IEC6b)每个测试电压施加5个正向和5个负向脉冲。记录1000V、2000V和4000V的波形。确b)记录1000V和4000V的波形，包含正、负极性。确认波形满足图3和表1中规定的全HBM脉冲后的二次脉冲由放电继电器产生。使用短路线，产生一个1000V脉冲，确认初始GB/T4937.26—2023/IEC6d)施加至少一个正向和一个负向1000V脉冲。所有波形参数应在图3和表1中规定的限电压等级VAA短路上升时间5000上升时间(tn)短路衰减时间A(可选)1。的15%I。的15%(可选)应施加正向和负向1000V应力，或使用时的被测应力水平。波形应满足图2a)、图2b)和表1的GB/T4937.26—2023/IEC6在任何员工可能接触电源的地方都宜考虑采用接地故障短路器(GFCI)和其他安全防护措施。用于分级测试的器件应完成所有标准制造过程。测试应使用实际器件芯片。不允许使用测试芯片6.2参数和功能测试试。参数和功能测试的结果应在零件图规定的参数限值内。使用表4所示电压挡来标定器件的ESD失效阈值，每个电压挡应使用3个器件来测试。为得到精确的失效电压，提升器件失效窗口的检测，可选择采用更精细的电压挡。ESD测试应从表4最低挡开对3个新器件从下一挡较低电压重新开始测试(例如：若初始电压为1000V且器件失效，则从500V每个电压挡，应按照表2和表3规定的所有引脚组合对3个器件样品的每个引脚，用一个正向脉冲低水平ESD性能。建议不要跳过表4规定的任何挡次。允许进一步划分表2和表3规定的各引脚组合分组，且各子分组可以使用3个独立的器件样品。允许在不同测试设备上进行器件测试，只要所有测试设备都已验证合格(符合5.3),并且表2和表3的所有引脚组合都至少用3个器件样品进行测试。HBM测试采用表2或表3规定的引脚组合完成。附录A给出了分类过程的流程图。引脚组合的目的是测试所有主要的HBM电流通路。设置引脚组合需要了解被测器件。器件的每个引脚应分为未中的电源引脚组。有了这些基础知识就可以使用表3进行测试。如果对被测件有了更多的了解，可以GB/T4937.26—2023/IEC6和数字差分对及其他特殊功能对(例如：D+/D一、XTALin/XTALout、RFin/RFout、TxP/TxN、GB/T4937.26—2023/IEC6表2列出了器件分级所需的首选引脚组合系列。可以选择使用表3。也可以联合使用表2和表3对器件施加应力。例如，可以用表2的引脚组合系列1～N和表3的N+1系列。附录A和附录C给引脚组合系列编号连接到B端(地)的引脚(组)1电源引脚组1除电源引脚组1°4的每个电源引脚与电源引脚组1互连的每个非电源引脚(见附录C)2电源引脚组2b除电源引脚组2的每个电源引脚与电源引脚组2互连的每个非电源引脚(见附录C)N电源引脚组Nb除电源引脚组N*的每个电源引脚与电源引脚组N互连的每个非电源引脚(见附录C)的一个引脚，一次一对在所有组合里，既没有接到A端，也没有接到B端的引脚，在施加应力脉冲时应保持不连接状态(浮空引脚)。所有未连接引脚总是保持不连接状态。电源引脚可以连接在一起作为一个单独的组，或者分成子组。子组可以是单独的引脚。连接到A端的每个引脚对每个子组施加应力(见6.5.1)。已知由封装平面互连的电源引脚组可以使用一个单独引脚(见6.5.1.3)。“电源引脚到电源引脚的组合可以仅使用单极性脉冲施加应力(见6.6.2.3)。引脚组合系列编号连接到B端的引脚(组)连接到A端的引脚(单独引脚，一次测一个)1电源引脚组1*除电源引脚组1°的每个电源引脚2电源引脚组2除电源引脚组2的每个电源引脚N电源引脚组N除电源引脚组N的每个电源引脚全部非电源引脚，被测引脚(PUT)除外每个非电源引脚(作为PUT)连接到B端的非电源引脚可被分成子组，每个引脚至少是一个子组的成员。每个A端引脚对每个子组施加应·既没有接到A端，也没有接到B端的所有引脚在施加应力脉冲时应保持不连接6.6.2.1表2和表3的使用表2和表3由DUT的N个电源引脚组构成。这些表格的前N行有唯一一个电源引脚组连接到B端。当引脚未与封装平面连接，电源引脚组内的引脚应单独施加应力(当连到A端时)。当连到B端动器连接到VCCIO电源组，而同一个引脚的输入接收器连接到VCC电源组。另外，该1/O引脚可能b)在非电源引脚与电源引脚组之间存在寄生电路(例如漏极开路型非电源引脚到连接附近N阱在表2规定的测试中，非电源引脚仅对与其互连的电源引脚组施加应力。若已知每个非电源引脚与电源引脚组的互连信息，那么非电源引脚可以只对与其互连的电源引脚组施加应力(见附录C)。非电源引脚不需要对不相连的电源引脚组施加应力。若该信息未知，则按表3第1~N行的规定，每个非对于超过8个电源引脚组的器件，建议使用表2。6.6.2.3电源引脚的应力极性(表2和表3)6.6.2.4非电源引脚可选的引脚应力方法(表2和表3)一个非电源引脚到电源引脚的应力可以被它对应的电源引脚到非电源引脚的应力所代替。如果只电源引脚组的每个电源引脚分别向各非电源引脚施加应力。若非电源引脚连到其他引脚上，如6.5.2GB/T4937.26—2023/IEC6需的样品引脚。每组同名I/O(M)应随机选择30个非电源引脚进行测试。根据表2或表3对选择的6.6.3.1表2和表3的使用分级电压范围(U)V2GB/T4937.26—2023/IEC60749-26:20(资料性)HBM测试方法流程HBM测试方法流程见图A.1。是是否否否是是否是是否否是是是是否现有的电源是已知该电源引是否是是法否是否是GB/T4937.26—2023/IEC6否是是否是否是否(资料性)最大后沿电流脉冲水平定义为正常的HBM脉冲(组)后，通过10kΩ测试负载观测到的最大峰值电流水平(电流=通过测试负载的电压除以10kΩ)。评价脉冲后漏电流的时间段是在HBM电流脉冲当施加HBM应力电压4000V时，后沿电流脉冲的幅值应小于4μA。这包括正向和负向极性(样品波形见图B.2和图B.3)。测量后沿电流脉冲的电路见图B.1。电压探针输入阻抗不应小于10MΩ,输入电容不超过10pF,带宽优于1MHz,额定耐压至少100V。评价负载阻值为10kΩ,容差士1%,能耐受4000V电十C₁~100pF实际波形可能不同规定限值1规定限值实际波形可不同R≥1MQSiR₂~1500Ω电路C₁~100pFA编本GB/T4937.26—2023/IEC60749-26:2018图B.610引脚短路测试器件与电流探针示意图●VDD2-A和VDD2-B在芯片上电气短路，它们之间的电阻小于30。每个引瓣合VSS1耦合瓣合VSS1耦合1封装内部分区3仅片上短路529678C.2程序A(依照表2)a)非电源引脚测试，所有的非电源引脚仅施加应力到与其互连的电源引脚组。这可以通过将器对于非电源引脚测试，所有与该电源引脚组互连的非电源引脚分别只对其电源引脚施加应力。例如，对于电源引脚组VDD1引脚2和引脚3被引脚1和引脚4施加应力(其他电源引脚组使用相同的程序)。VSS1(作为VSS1、VSS2-A、VSS2-B的代表)和VSS3]互相施加应力。表C.1依照表2的产品测试引脚组合引脚(组)(单独引脚，一次测一个)(1次正向/1次反向)1VDD1(引脚1)VSS1(引脚4)、VDD2-A(引脚5)、VDD2-B(引脚6)(引脚13)、VSS3/VSS4(引脚14)、VDD4(引脚15)1/O-11(引脚2)、I/O-12(引脚3)42VSS1(引脚4)VDD1(引脚1)、VDD2-A(引脚5)、VDD2-B(引脚6)(引脚13)、VSS3/VSS4(引脚14)、VDD4(引脚15)8)、1/O-21(引脚9)、1/O-22(引脚10)3VDD2-A(引脚5)VDD2-B(引脚6)VDD1(引脚1)、VSS1(引脚4)、VDD3(引脚13)、VSS3/VSS₄(引脚14)、VDD4(引脚15)I-21(引脚7)、0-21(引脚8)、I/0-21(引脚9)、I/0-22(引脚10)84VDD3(引脚13)VDD1(引脚1)、VSSI(引脚4)、VDD2-A(引脚5)、B(引脚6)、VSS3/VSS4(引脚14)、VDD4(引脚15)(无互连非电源引脚)05VDD4(引脚15)VDD1(引脚1)、VSSI(引脚4)、VDD2-A(引脚5)、B(引脚6)、VDD3(引脚13)、VSS3/VSS4(引脚14)I/0-41(引脚16)26VSS3/VSS4(引脚14)VDD1(引脚1)、VSSI(引脚4)、VDD2-A(引脚5)、B(引脚6)、VDD3(引脚13)、VDD4(引脚15)I/O-41(引脚16)2表C.1(续)引脚组合连接到B端的引脚(组)(单独引脚，一次测一个)(1次正向/1次反向)7I/O-11(引脚2)I/0-12(引脚3)2I/O-12(引脚3)1/O-11(引脚2)2I/O-21(引脚9)I/O-22(引脚10)2I/0-22(引脚10)I/O-21(引脚9)2注：以这种方式施加应力，一个器件每个电压挡共进行106次冲击。C.3可选程序B(依照表3)表C.2依照表3的产品测试引脚组合连接到B端的引脚(组)(单独引脚，一次测一个)(1次正向/1次反向)1VDDI(引脚1)VSS1(引脚4)、VDD2-A(引脚5)、VDD2-B(引脚6)、(引脚13)、VSS3/VSS4(引脚14)、VDD4(引脚15)I/O-11(引脚2)、1/0-12(引脚3)、1-21(引脚7)、0-21(引脚8)、1/0-21(引脚9)、I/O-22(引脚10)、1/O-41(引脚16)2VSS1(引脚4)VDD1(引脚1)、VDD2-A(引脚5)、VDD2-B(引脚6)、(引脚13)、VSS3/VSS4(引脚14),VDD4(引脚15)1/O-11(引脚2)、1/0-12(引脚3)、1-21(引脚7)、0-21(引脚8)、I/O-21(引脚9)、1/0-22(引脚10)、1/O-41(引脚16)3VDD2-A(引脚5)、VDD2-B(引脚6)VDD1(引脚1)、VSS1(引脚4)、VDD3(引脚13)、VSS3/(引脚14)、VDD4(引脚15)1/O-11(引脚2)、I/0-12(引脚3)、I-21(引脚7)、0-21(引脚8)、1/0-21(引脚9)、I/0-22(引脚10)、1/O-41(引脚16)4VDD3(引脚13)VDD1(引脚1)、VSS1(引脚4)、VDD2-A(引脚5)、VB(引脚6)、VSS3/VSS4(引脚14)、VDD4(引脚15)I/O-11(引脚2)、1/O-12(引脚3)、I-21(引脚7)、0-21(引脚8)、I/O-21(引脚9)、I/0-22(引脚10)、I/O-41(引脚16)5VDD4(引脚15)VDD1(引脚1)、VSSI(引脚4)、VDD2-A(引脚5)、VB(引脚6)、VDD3(引脚13)、VSS3/VSS4(引脚14)1/O-11(引脚2)、I/0-12(引脚3)、I-21(引脚7)、0-21(引脚8)、J/O-21(引脚9)、I/O-22(引脚10)、1/0-41(引脚16)GB/T4937.26—2023/IEC6表C.2(续)引脚组合连接到B端的引脚(组)(单独引脚，一次测一个)(1次正向/1次反向)6VSS3/VSS4(引脚14)VDD1(引脚1)、VSSI(引脚4)、VDD2-A(引脚5)、VB(引脚6)、VDD3(引脚13)、VDD4(引脚15)I/O-11(引脚2)、I/0-12(引脚3)、I-21(引脚7)、0-21(引脚8)、I/O-21(引脚9)、I/0-22(引脚10)、I/O-41(引脚16)71/O-11(引脚2)I/0-12(引脚3)1-21(引脚7)0-21(引脚8)I/0-21(引脚9)I/O-22(引脚10)I/0-41(引脚16)除了施加应力引脚(即连到A端)I/O-11(引脚2)2I/O-12(引脚3)2I-21(引脚7)2O-21(引脚8)2I/O-21(引脚9)2I/O-22(引脚10)2I/O-41(引脚16)2注：以这种方式施加应力，一个器件每个电压挡共进行156次冲击。C.4可选程序C(依照表2)表C.3依照表2可选的产品测试引脚组合(组)(单独引脚，一次测一个)(1次正向/1次反向)1VDD1(引脚1)VSSi(引脚4)、VDD2-A(引脚5)、VDD2-B(引脚6)(引脚13)、VSS3/VSS4(引脚14)、VDD4(引脚15)1/O-11(引脚2)、I/O-12(引脚3)42VSS1(引脚4)VDD2-A(引脚5)、VDD2-B(引脚6)、VDD3(引脚13)、VSS3/VSS4(引脚14)、VDD4(引脚15)8)、I/O-21(引脚9)、1/O-22(引脚10)3VDD2-A(引脚5)VDD3(引脚13)、VSS3/VSS4(引脚14)、VDD4(引脚15)68引脚组合(组)(单独引脚，一次测一个)(1次正向/1次反向)4VDD2-B(引脚6)VDD3(引脚13)、VSS3/VSS4(引脚14)、VDD4(引脚15)6I-21(引脚7)、0-21(引脚8)、I/O-21(引脚9)、I/O-22(引脚85VDD3(引脚13)VSS3/VSS4(引脚14)、VDD4(引脚15)4(无互连非电源引脚)06VDD4(引脚15)VSS3/VSS4(引脚14)2I/0-41(引脚16)27VSS3/VSS4(引脚14)(所有电源到电源组合已被施加应力)01/0-41(引脚16)28I/0-11(引脚2)I/O-12(引脚3)21/O-21(引脚9)I/0-22(引脚10)2注：以这种方式施加应力，一个器件每个电压挡共进行80次冲击。 DP和DM TxP和TxN VREF_P和VREF_N PEGTXN和PEG_TXP xCLK_N和x_CLK_P QPIRXN和QPI_RX_P FMRRTX和FMR_RTXX ●LNA_IN和LNA_OUT●RF_IN和RF_OUTGB/T4937.26—2023/IEC60749-已开发出一个统计Excel@程序来简化该新测试程序用同名I/O引脚的ESD敏感度等级可以通过对统计上的压间的范围)。按100V左右的步长，定量增加HBM应力电压，直到30个引脚样本中至少15个引脚失效。当半数样本引脚失效时即可获得样本中值，该失效电压(VM)可用于表示在高置信水平(99%)半区间。区间范围定义为V2-V1,其中V2是全部30个引脚失效的最高失效电压，且V2-V1=2z=[VM-SPL]/o(见图E.1)任一引脚无法通过SPL的概率。该值定义为NORMSDIST(-z)。该值是正态分布上失效电压低于SPL的面积。GB/T4937.26—2023/IEC6e)若[NORMSDIST(z)](M-≥0.99,则样本数据表明在统计置信度99%下，该IC器件的所有以手动进行设计确认，也可以通过软件检查这种更有效的检查方式识别同名I/O引对一个IC器件施加HBM应力，确定最小HBM失效电压(V1)和30个样本E.5.2不使用Excel电子表d)通过标准正态累积分布函数表，并将单引脚正态分布概率值取(M-30)次幂，即测试程序。从M个同名I/0引脚中随机选取30个同名I/O引脚进行完整的HBM测试。测试30个同名引脚直到15个失效n30同名引脚总数M29230个引脚全部通过的最高电压V12100至少15个引脚失效的最低电压VM估计区间