1、http:/ESD模型及有關測試1、ESD模型分類2、HBM和MM測試方法標準3、 CDM模型和測試方法標準4、 EIC模型和測試方法標準5、 TLP及其測試方法6、拴鎖測試7、 I-V測試8、標準介紹1、ESD模型分類因ESD產生的原因及其對集成電路放電的方式不同，經過統計，ESD放電模型分下列四類:(1) 人體放電模式 (Human-Body Model, HBM)(2) 機器放電模式 (Machine Model, MM)(3) 組件充電模式 (Charged-Device Model, CDM)(4) 電場感應模式 (Field-Induced Model, FIM)另外還有兩個測試模

2、型：(5)對于系統級產品測試的IEC電子槍空氣放電模式(6)對于研究設計用的TLP模型人體放電模式 (Human-Body Model, HBM)人體放電模式(HBM)的ESD是指因人體在地上走動磨擦或其它因素在人體上已累積了靜電，當此人去碰觸到IC時，人體上的靜電便會經由IC的腳(pin)而進入IC內，再經由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 間內產生數安培的瞬間放電電流，此電流會把IC內的組件 給燒毀。 不同HBM靜電電壓相對產生的瞬間放電電流與時間的關系 顯示于圖2.1-1(b)。對一般商用IC的2-KV ESD放電電壓而言，其瞬間放電電

3、流的尖峰值大約是1.33 安培。 機器放電模式 (Machine Model, MM)有關于HBM的ESD已有工業測試的標準：圖顯示工業標準 (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。表是國際電子工業標準(EIA/JEDEC STANDARD) 對人體放電模式訂定測試規范(EIA/JESD22-A114-A)機器放電模式 (Machine Model, MM)機器放電模式的ESD是指機器(例如機械手臂)本身累積了靜電，當此機器去碰觸到IC時，該靜電便經由IC的pin放電。因為機器是金屬，其等效電阻為

4、0，其等效電容為200pF。由于機器放電模式的等效電阻為0，故其放電的過程更短，在幾毫微秒到幾十毫微秒之內會有數安培的瞬間放電電流產生。此機器放電模式工業測試標準為 EIAJ-IC-121 method20，其等效電路圖和等級如下：機器放電模式 (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，是因為測試機臺導線的雜散等效電感與電容互相耦合而引起的。因此機器放電模式對IC的破壞力更大。國際電子

5、工業標準 (EIA/JEDEC STANDARD) 亦對此機器放電模式訂定測試規范 (EIA/JESD22-A115-A)組件充電模式組件充電模式 (Charged-Device Model, CDM)此放電模式是指IC先因磨擦或其它因素而在IC內部累積了靜電，但在靜電累積的過程中IC并未被損傷。此帶有靜電的IC在處理過程中，當其pin去碰觸到接地面時，IC內部的靜電便會經由pin自IC內部流出來，而造成了放電的現象。 此種模式的放電時間更短，僅約幾毫微秒之內，而且放電現象更難以真實的被模擬。組件充電模式組件充電模式 (Charged-Device Model, CDM)CDM模式ESD可能發

6、生的情形顯示：(1) IC自IC管中滑出后，帶電的IC腳接觸接到地面而形成放電現象。(2) IC自IC管中滑出后，IC腳朝上，但經由接地的金屬工具 而放電。 (1) (2)組件充電模式組件充電模式 (Charged-Device Model, CDM)IC內部累積的靜電會因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所用包裝型式都會造成不同的等效電容。此電容值會導致不同的靜電電量累積于IC內部。 電場感應模式電場感應模式 (Field-Induced Model, FIM)FIM模式的靜電放電發生是因電場感應而起的。當IC因輸送帶或其它因素而經過一電場時，其相對極性的電荷可能會自

7、一些IC腳而排放掉，等IC通過電場之后，IC本身便累積了靜電荷，此靜電荷會以類似CDM的模式放電出來。有關FIM的放電模式早在雙載子(bipolar)晶體管時代就已被發現，現今已有工業測試標準。國際電子工業標準(EIA/JEDEC STANDARD) 中亦有此電場感應模式訂定測試規范 (JESD22-C101) 。 IEC電子槍空氣放電模式電子槍空氣放電模式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 devicesTLP模型 為了研究ESD防護器件的工作

8、特性，了解ESD脈沖來的時候，落在ESD防護器件上的電壓電流，包括開啟的電壓和ESD脈沖持續期間的ESD防護器件的每個點的電壓電流，也就是觸發電壓電流、回退電壓電流和二次崩潰電壓電流等。 為了達到上述目的，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，便已沖到約15安培的尖峰值，但其放電的總時段約在10ns的時間內便結束。此種放電現象

9、更易造成集成電路的損傷。HBM, MM與CDM比較2、HBM和和MM測試方法標準測試方法標準HBM測試方法及標準1.ANSI-STM5.1-2001 JESD22-A114D -2005 AEC-Q100-002D -20032.該標準用于明確HBM模式下的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工作，但非常必要4. ESD測試中，器件不在工作狀態2、HBM和和MM測試方法標準測試方法標準一些比較重要的概念:（1）器件失效(component failure)：當器件不再符合廠商或用戶提供的器件動態和靜態特性參數（2）ESD敏感度(sensiti

10、vity):引起器件失效的ESD等級(level)（3）ESD耐受電壓(withstand voltage)：在不引起器件失效前提下的最大ESD等級（4）步進耐壓增強(Step stress test hardening):在步進增加的測試電壓下，器件的耐受電壓的現象 2、HBM和和MM測試方法標準測試方法標準用于驗證脈沖電流波形的儀器：示波器、連個電阻負載和一個電流傳感器。具體指標： 示波器：分辨率100mA/1cm、帶寬350MHz、1cm/ns的顯示輸出速度； 負載電阻：Load1:短路線， Load2：500ohm 電流探針：帶寬 350MHz，峰值電流12A，上升時間小于1ns儀器和

11、脈沖波形檢測和校準初次使用時檢測例行檢測維修后檢測測試版或引腳插槽更換或移動后檢測記錄波形(用于對比和校驗)新機器老機器2、HBM和和MM測試方法標準測試方法標準測試板的校驗程序：（1）測試板上所有引腳的電氣連貫性（2）對于新安裝的測試板 找出測試板上離脈沖發生器最近的一個引腳，將其作為參考節點連接到B端。其他所有引腳依次連接到A端，并且在AB間接入短接線。使用正負1000V的脈沖電壓在AB端，觀察波形，經過所有引腳對的電流波形必須符合如圖波形2、HBM和和MM測試方法標準測試方法標準HBM測試方法及標準1.ANSI-STM5.1-2001 JESD22-A114D -2005 AEC-Q10

12、0-002D -20032.該標準用于明確HBM模式下的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工作，但非常必要4. ESD測試中，器件不在工作狀態 對于尾波校準2、HBM和和MM測試方法標準測試方法標準2、HBM和和MM測試方法標準測試方法標準2、HBM和和MM測試方法標準測試方法標準2、HBM和和MM測試方法標準測試方法標準2、HBM和和MM測試方法標準測試方法標準HBM和和MM測試方法測試方法所有管腳（一次一根）對（第X組）接地管腳（接地）所有管腳（一次一根）對（第y組）電源管腳（接地）所有I/O管腳（一次一根）對所有其他I/O管腳（接地）

13、NC管腳依美軍標MIL-883不測試依民標ESDA/JEDEC/AEC均要求測試 在每一測試模式下，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的該測試腳必須要被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是否己被ESD所損壞，若IC尚未被損壞則調升ESD的電壓，再Zap三次。此ESD電壓由小而逐漸增大，如此重復下去，直到該IC腳己被ESD所損壞，此時造成IC該測試腳損壞的ESD測試電壓稱為靜電放電故障臨界電壓 (ESD failure threshold)。 HBM/MM測試內容測試內容 如果每次調升的ESD測試電壓調幅太小，則測

14、試到IC腳損壞要經過多次的ESD放電，增長測試時間; 若每次調升的ESD測試電壓太大，則難以較精確測出該IC腳的ESD耐壓能力。規定：n正負極性均要測試n從低壓測到高壓，起始電壓為70%的平均ESD failure threshold (VESD)n步進當小于1000V時步進50V(100V)，大于1000V時步進100V(250V, 500V)n可以是一個管腳步進測量或者所有管腳掃描測量HBM/MM測量方法測量方法最短間隔時間和測試次數上述測試的方法在MM/CDM中都是相同的每一腳都有ESD failure threshold。此顆IC的ESD failure threshold定義為所有I

15、C腳中ESD failure threshold最小的那個電壓值，因此，該顆IC的ESD failure threshold僅達500V。IC制程特性有時會有小幅的(10%) 漂移，所以在相同批次IC中隨機取樣至少大于5顆。3、CDM模型和測試方法標準模型和測試方法標準3、CDM模型和測試方法標準模型和測試方法標準3、CDM模型和測試方法標準模型和測試方法標準3、CDM模型和測試方法標準模型和測試方法標準3、CDM模型和測試方法標準模型和測試方法標準3、CDM模型和測試方法標準模型和測試方法標準3、CDM模型和測試方法標準模型和測試方法標準3、CDM模型和測試方法標準模型和測試方法標準 Sys

16、tem level(系統級) is also named as 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模型和測試方法標準模型和測試方法標準4、 EIC模型和測試方法標準模型和測試方法標準4、 EIC模型和測試方法標準模型和測試方法標準4、 EIC模型和測試方法標準模型和測試方法標準System level ESD test Cause EMC and latch-upTFT P

17、anel ESD 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目前的TLP生產廠家有：美國Barth 電子公司：Barth是世界上最早（60年代）從事TLP產品的公司，其產品以經典、穩定、可靠著稱，目前其產品占據全球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公司價格上從貴到便宜是：BarthOryxThermo keyte

18、kHanwa穩定可靠性從高到低是：BarthOryxThermo keytekHanwa標稱值上從高到低：Thermo keytekOryxHanwaBarth從操作界面說HanwaOryxThermo keytek Barth從使用的用戶調查來看：TSMC、UMC前前后后都是使用的是Barth的TLP，而ESD/Lartch-up基本上使用的是Keytech的， SMIC、HHNEC、宜碩以及廣州五所使用的是Barth 4002和Keytech的ESD/Lartch-up。 ，GRACE宏利使用的是Oryx。目前業界認可的數據：Barth 4002B TLP對于更快脈波測試使用：Keytec

19、h 4012B TLPTLP測試標準測試標準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和比對性實際上使用TLP/HBM等的結果很多情況下是不一致的，即使一樣的設備和測試方法有時候重復性也不是很好。ESDA：硬盤驅動IC、音頻IC、數據通信接口IC、汽車電子IC，0.9、1.2、1.5工藝一般： TLP的的IT21500HBM MM(9-10)HBM IEC(1300-2000)HBM 柵氧柵氧ESD擊穿電壓擊穿電壓1.2柵氧靜態擊穿電壓柵氧靜態擊穿電壓*柵氧擊穿場強柵氧擊穿場強柵氧厚度靜態擊穿電壓柵氧厚度靜態擊穿電壓 TLP