半導體器件機械和氣候試驗方法第26部分：靜電放電(ESD)敏感度測試人體模型(HBM)Electrostaticdischarge(ESD)sensitivitytesting—Humanbodymodel(HBM)2023-09-07發布2023-09-07發布1GB/T4937.26—2023/IEC60749-26:2018 Ⅲ 12規范性引用文件 13術語和定義 14儀器和設備 44.1波形確認設備 44.2示波器 44.3數字示波器的附加要求 44.4電流傳感器(感應電流探針) 44.5評價負載 54.6人體模型模擬器 54.7HBM測試設備寄生特性 55應力測試設備驗證和常規確認 65.1HBM測試設備評價的一般要求 65.2測試程序 65.3HBM測試設備驗證 95.4插座式測試設備的測試夾具板驗證 5.5常規波形檢查要求 5.6高壓放電路徑檢查 5.7測試設備波形記錄 6分級程序 6.1器件分級 6.2參數和功能測試 6.3器件應力測試 6.4引腳分類 6.5引腳分組 6.6引腳應力組合 6.7低寄生模擬器的HBM應力 6.8應力后測試 7失效判據 8器件分級 GB/T4937.26—2023/IEC60749-26:2018附錄A(資料性)HBM測試方法流程 20附錄B(資料性)HBM測試設備寄生特性 23B.1可選擇的后沿脈沖檢測設備/儀器 23B.2可選的預脈沖電壓上升測試設備 25B.3常開式繼電器測試設備電容寄生效應 26B.4測試確定HBM模擬器是否為低寄生模擬器 26附錄C(資料性)用表2、表3或表2及雙引腳HBM測試設備測試產品的示例 28C.1概述 C.2程序A(依照表2) C.3可選程序B(依照表3) C.4可選程序C(依照表2) 附錄D(資料性)耦合非電源引腳對示例 附錄E(規范性)同名非電源(I/O)引腳抽樣測試方法 E.1目的和概述 34E.2引腳抽樣概述和統計詳情 E.3IC產品選擇 E.4隨機選取和測試同名I/O引腳 E.5確定是否可以用提供的Excel電子表抽樣 36 E.7抽樣同名I/O引腳的測試示例 參考文獻 Ⅲ本文件是GB/T4937《半導體器件機械和氣候試驗方法》的第26部分。GB/T4937已經發布了——第11部分：快速溫度變化雙液槽法；——第27部分：靜電放電(ESD)敏感度測試機——第30部分：非密封表面安裝器件在可靠性試——第31部分：塑封器的易燃性(內部引起的);——第32部分：塑封器的易燃性(外部引起的);本文件等同采用IEC60749-26:2018《半導體器件機械和氣候試驗方法第26部分：靜電放電(ESD)敏感度測試人體模型(HBM)》。本文件由全國半導體器件標準化技術委員會——第4部分：強加速穩態濕熱試驗(HAST)。目的在于規定強加速穩態濕熱試驗(H——第10部分：機械沖擊。目的在于檢測半導體器件和印制板組件承受中等嚴酷程度沖擊的適應—第11部分：快速溫度變化雙液槽法。目的在于規定半導體器件的快速溫度變化(雙液槽法)——第14部分：引出端強度(引線牢固性)。目的在于檢測半導體器件引線/封裝界面和引線的牢——第15部分：通孔安裝器件的耐焊接熱。目的在于檢測通孔安裝的固態封裝半導體器件承受波 第16部分；粒子碰撞噪聲檢測(PIND)。目的在于規定空腔器件內存在自由粒子的檢測方法——第17部分：中子輻照。目的在于檢測半導體器——第18部分：電離輻射(總劑量)。目的在于規定評估低劑量率電離輻射對半——第19部分：芯片剪切強度。目的在于檢測半導體芯片安裝在管座或基板上所使用的材料和工——第20部分：塑封表面安裝器件耐潮濕和焊接熱綜合影響。目的在于通過模擬貯存在倉庫或干——第21部分：可焊性。目的在于規定采用鉛錫焊料或無鉛焊料進行焊接的元器件封裝引出端的V——第23部分：高溫工作壽命。目的在于規定隨時間的推移，偏置條件和溫度對固態器件影響的——第24部分：加速耐濕無偏置強加速應力試驗。目的在于檢測非氣密封裝固態器件在潮濕環——第25部分：溫度循環。目的在于檢測半導體器件、元件及電路板組件承受由極限高溫和極限——第26部分：靜電放電(ESD)敏感度測試HBEESD測試方法。 第27部分：靜電放電(ESD)敏感度測試人體模型(HBM)。目的在于規定可靠、可重復的機器模型(MM)。目的在于規定可靠、可重復的帶電器件模型(CDM)器件級。目的在于規定可靠、可重復的CDMESD測試方法——第30部分：非密封表面安裝器件在可靠性試驗前的預處理。目的在于規定非密封表面安裝器——第31部分：塑封器件的易燃性(內部引起的)。目的在于檢測塑封器件是否由于過負荷引起內——第32部分：塑封器件的易燃性(外部引起的)。目的在于檢測塑封器件是否——第33部分：加速耐濕無偏置高壓蒸煮。目的在于確認半導體器件封裝內部失效機理。——第34部分：功率循環。目的在于通過對半導體器件內部芯片和連接器施加循環功率損耗來檢——第35部分：塑封電子元器件的聲學顯微鏡檢查。目的在于規定聲學顯微鏡對塑封電子元器件——第36部分：穩態加速度。目的在于規定空腔半導體器件穩態加速度的試驗方法，以檢測其結——第37部分：采用加速度計的板級跌落試驗方法。目的在于規定采用加速度——第38部分：帶存儲的半導體器件的軟錯誤試驗方法。目的在于規定帶存儲在高能粒子環境下(如阿爾法輻射)的軟錯誤敏感性的試驗方法。——第39部分：半導體器件用有機材料的潮氣擴散率和水溶解度測量。目的在于規定應用于半導——第40部分：采用應變儀的板級跌落試驗方法。目的在于規定采用應變儀的板級跌落試驗方——第42部分：溫濕度貯存。目的在于規定檢測半導體器件耐高溫高濕環境能力的試驗方法。——第44部分：半導體器件的中子輻照單粒子效應(SEE)試驗方法。目的在于規定檢測高密度集GB/T4937(所有部分)均為一一對應采用IEC60749(所有部分),以保證半導體器件試驗方法與國11范圍本文件依據元器件和微電路對規定的人體模型(HBM)靜電放電(ESD)所造成損傷或退化的敏感度，建立了元器件和微電路的ESD測試、評價和分級程序。本文件的目的是建立一種能夠復現HBM失效的測試方法，并為不同類型的元器件提供可靠、可重復的HBMESD測試結果，且測試結果不因測試設備而改變。重復性數據可以保證HBMESD敏感度等級的準確劃分及對比。半導體器件的ESD測試從本測試方法、機器模型(MM)測試方法(見IEC60749-27)或IEC60749(所有部分)中的其他ESD測試方法中選擇。除另有規定外，本測試方法為所選方法。2規范性引用文件本文件沒有規范性引用文件。3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。互連非電源引腳associatednon-supplyp與電源引腳組相連的非電源引腳(通常是1/O引腳)。擁有相同I/O單元、電路原理，并共享包括ESD電源鉗位在內的相同互連電源引腳(組)的一組輸被測元器件不滿足一項或多項產品資料規定的靜態或動態參數。2分信號(LVDS)引腳，包括模擬和數字差分對及其他特殊功能引腳對(如D+/D-、XTALin/能引起某類型器件失效的應力電壓中間范圍，該類型器件能通過高于和低于該范圍的某些應力HBMESD模擬器I指數電流衰減曲線的線性延伸在時間t…處的電流確定的峰值電流值。指數電流衰減曲線基于從ta開始經過40ns的電流波形數據。見圖2a)。3非插座式測試設備non-socketedtesterHBM模擬器通過測試探針與被測器件(DUT)引腳(或球、臺、凸起或芯片焊盤)相連，而不是將DUT放在插座中。未被歸為電源引腳或未連接的引腳。IC封裝中，連接一組凸起或引腳(通常為電源或地)的低阻抗金屬層。預脈沖電壓pre-pulsevoltage在HBM電流脈沖發生前，加在被測器件(DUT)上的電壓。脈沖發生電路pulsegenerationcir產生人體放電電流波形的雙極性脈沖源電路網絡。振蕩ringing在波形上疊加的高頻振動。在芯片上或封裝內，通過金屬連接(典型值<3Ω)到另一個非電源引腳(或一組非電源引腳)的任意非電源引腳(通常為I/O引腳)。插座式測試設備socketedtester通過安裝在測試夾具板上的DUT插座與DUT引腳(或球、臺、凸起或芯片焊盤)相連的HBM模雜散電流脈沖spuriouscurrentpulse主電流脈沖后的小型HBM脈沖，通常定義為最大峰值電流I…的百分數。步進應力強化step-stressharderning經受漸增的ESD電壓應力的器件，比之前未經過應力的相似器件耐受更高應力水平的能力。電源引腳supplypin為電路提供電流的引腳。4峰值電流I到最大值(Ip)的時間。見圖2a)。HBM電流脈沖衰減后出現的電流脈沖。應根據生產廠家的建議校準用于評估測試設備的所有設備。這包括示波器本文件測試方法中規定的脈沖波形的確認設備包括但不限于一個示波器a)在配合使用4.4中規定的電流傳感器時，最小靈敏度為100mA/div;b)最小帶寬為350MHz;c)對于模擬示波器，最小寫人速率為1div/ns。5a)最小帶寬200MHz;b)峰值脈沖電流12A;c)上升時間小于1ns;d)能采用4.5中規定的實心導體；e)提供4.2中要求的單位信號電流的輸出電壓(通常為1mV/mA～5mV/mA);f)測試衰減常數ta時，低頻3dB點在10kHz以下。4.5評價負載確認測試設備的功能性需要兩種評價負載：a)負載1:一根截面為0.25mm2~0.75mm2的實心鍍錫銅短路線，盡可能短地穿過電流探針跨接插座上兩個最遠引腳，或足夠長以穿過電流探針連接非插座式測試設備的探針；b)負載2:一個(500±5)Ω電阻，最小額定電壓4000V。4.6人體模型模擬器圖1是HBM模擬器或測試設備的原理圖。該測試設備的性能受寄生電容和電感的影響。因此，采用該原理圖構成的測試設備不能保證提供本文件要求的HBM脈沖。第5章介紹的波形捕捉過程和要求決定了測試設備的可用性。+板圖1簡化的HBM模擬器帶載電路圖1中的電荷釋放電路確保了設備的緩慢放電，從而避免了帶電器件模型放電的可能性。例如，把一個10kΩ或更大的電阻(可能串聯一個開關)與測試夾具板并聯。該電阻也可用于控制寄生性預脈沖電壓(見附錄B)。雙極性脈沖發生器(源)應該設計為避免產生再充電瞬變和雙脈沖。不能靠交換A、B端來獲得雙極性性能。DUT插座上再疊插一個插座(第二個插座疊插在主測試插座上)的情況，僅在第二個插座的波形滿足本文件表1的要求時才允許。4.7HBM測試設備寄生特性某些HBM模擬器會因為寄生現象或不可控電壓意外進入HBM模擬器，而錯誤劃分HBM敏感6度等級。附錄B中介紹了判斷這些效應是否存在的方法及可供選擇的緩解技術。雙引腳HBM測試設備和非插座式測試設備可能有較小的寄生電容，可以通過僅連接被測試引HBM測試設備和測試夾具板應按照本章規定進行驗證、再驗證及定期確認。應始終遵循5.8中規a)測試夾具到脈沖發生電路(B端)最短引線路徑的插座引腳；b)從脈沖發生電路(A端)到ESD應力插座最長引線路徑的插座引腳(見圖1)。該信息通常由設備或測試夾具板制造商提供。如果不止一個脈沖發注：正向鎖緊測試插座是帶有鎖緊裝置的零插入力(ZIF)插座。允許短路線輕松插人插座。例如：雙列直插封裝為了捕捉兩個插座引腳(通常是參考引腳對)的電流波形，使用短路線(見4.5,負載1)和感應電流探針(見4.4)進行短路測試，或使用500Ω電阻(見4.5,負載2)和感應電流探針(見4.4)進行500Ω電在被測引腳間連接短路線。將電流探針穿過短路線，盡量靠近B端，注意圖1中的極性。施加一考引腳對測試點或插座安裝孔之間連接短路線。插座設計很重要，因為有些插座類型包含接將電流探針穿過500Ω電阻引線，注意圖1中的極性。在待測引腳間連接500Ω電阻。電流探針7b)對于非插座式測試設備，將測試負載和電流探針放在絕緣面上，測試設備的探針連接到測試捕捉的波形用于確定表1列出的參數值。減時間)和Ig(振蕩)由這些波形確定。振蕩會使I的確定變得困難。和圖4給出了一種確定典型的500Ω負載波形如圖3所示。參數I(帶500Ω負載的峰值電流)和tn(帶500Ω負載的脈8圖2通過短路線的電流波形(續)圖3通過500Ω電阻的電流波形.1通過t…到t+40ns的HBM振蕩波形，繪制一條直線(手動或使用數學方法如最小二乘9法),對曲線插值以獲得更準確的峰值電流(Ip)(見圖4)。tmu是I出現的時間(見3.26對tmu的定偏離是Ring2。短路波形測量時的最大時間/ns時間/ns僅基于繼電器的測試設備要求進行本項測試。本項測試的目的是確保連接脈沖發生器(組)(即A端)和電流回路(即B端)到DUT的測試設備高壓繼電器和接地繼電器功能正常。測試設備制造商應b)制造商建議的定期再驗證。再驗證測試的最長間隔是一年。b)每個測試電壓施加5個正向和5個負向脈沖。記錄1000V、2000V和4000V的波形。確b)記錄1000V和4000V的波形，包含正、負極性。確認波形滿足圖3和表1中規定的全HBM脈沖后的二次脈沖由放電繼電器產生。使用短路線，產生一個1000V脈沖，確認初始HBM脈沖后的所有脈沖都小于主脈沖幅值的15%。對于模擬示波器，設置時基為1ms/div,檢測該類型脈沖。對于數字示波器，可以測試夾具板應在初次使用前或維修后，在一臺已驗證的測試設備上進行驗證。當一個先前驗證過的測試夾具板用于一個與之前型號不同的HBM模擬器，也需要進行本程序。本程序應用于新測試夾b)施加至少一個正向和一個負向1000V脈沖。所有波形參數應在圖2a)、圖2b)和表1中規定d)施加至少一個正向和一個負向1000V脈沖。所有波形參數應在圖3和表1中規定的限e)所有脈沖發生電路和插座的所有附加參考引腳對重復上述過程。電壓等級VAA短路上升時間時間(tm)短路衰減時間A(可選)(可選)應施加正向和負向1000V應力，或使用時的被測應力水平。波形應滿足圖2a)、圖2b)和表1的若幾次連續檢查觀測的波形未發生改變，則可以采用更長的波形檢查周期。較長周期之間的波形若測試設備有多個脈沖發生電路，則每個脈沖發生電路的波形都應用帶具板進行確認。確認測試推薦的時間周期是每班次一次。不過，可以使用交替的確認方法保證所有脈沖發生電路功能正常。例如，第1天測試脈沖發生電路1,第2天測試脈沖發生電路2,第3天測試脈沖發生電路3,直到測完所有電路，這時再次測試電路1。任一脈沖發生器推薦的最大測試間隔為2周。a)使用短路線評價負載在+1000V捕捉波形。b)測量I(無振蕩調整),確保在0.60A和0.74A之間。c)在一1000V重復測試。該快速合格/失效測試方法僅適用于已驗證的ESD模擬器上已驗證的測試夾具板。在使用5.5.2任何常規檢查方法(見5.5)都要求進行本項測試。每天在進行ESD應力測試前，測試高壓放電和電流回路及所有相關電路(見5.2.4)。如果測試數據支持增加時間間隔，可以延長自測診斷檢查的周期。如果發現失效，不要在連接到故障放電路徑的插座上進行器件測試。對于利用機械開關代替繼電器開關的測試設備，測試時應對每個引腳組合的引腳連接進行確認。所有員工在使用設備前要接受系統操作培訓和電在任何員工可能接觸電源的地方都宜考慮采用接地故障短路器(GFCI)和其他安全用于分級測試的器件應完成所有標準制造過程。測試應使用實際器件芯使用表4所示電壓擋來標定器件的ESD失效閾值，每個電壓擋應使用3個器件來測試。為得到精確的失效電壓，提升器件失效窗口的檢測，可選擇采用更精細的電壓擋。ESD測試應從表4最低擋開對3個新器件從下一擋較低電壓重新開始測試(例如：若初始電壓為1000V且器件失效，則從500V每個電壓擋，應按照表2和表3規定的所有引腳組合對3個器件樣品的每個引腳，用一個正向脈沖低水平ESD性能。建議不要跳過表4規定的任何擋次。允許進一步劃分表2和表3規定的各引腳組合分組，且各子分組可以使用3個獨立的器件樣品。允許在不同測試設備上進行器件測試，只要所有測試設備都已驗證合格(符合5.3),并且表2和表3的所有引腳組合都至少用3個器件樣品進行測試。HBM測試采用表2或表3規定的引腳組合完成。附錄A給出了分類過程的流程圖。引腳組合的目的是測試所有主要的HBM電流通路。設置引腳組合需要了解被測器件。器件的每個引腳應分為未中的電源引腳組。有了這些基礎知識就可以使用表3進行測試。如果對被測件有了更多的了解，可以按定義互連電源引腳。定義了互連電源引腳，就可以使用表2的第1～N行。表2需要的附加的特殊情況外，表2也排除了非電源引腳到非電源引腳是向電路提供電流的任意引腳。因為大多數電源引腳已被標記，所以可以一個看似是電源引腳卻被視為非電源引腳的示例是EPROM存儲器上的VPP引腳。VPP任何意圖為同一芯片上的其他電路供電的引腳應視為電源引腳。但是，如果一個耦合非電源引腳對可能會有一個潛在的不涉及電源/供電線路的ESD電流通和數字差分對及其他特殊功能對(例如：D+/D-、XTALin/XTALout、RFin/RFout、TxP/TxN、應使用工程判斷來確認所有耦合非電源引腳對。更多耦合非電源引腳的示例見附錄D。電源引腳被劃分為電源引腳組，每個電源引腳只能定義為一個電源引腳組的成員。未通過金屬連接到其他引腳的電源引腳構成一個單獨的電源引腳組。在芯片上或封裝內用金屬如果任意兩引腳間電阻大于3Ω,則應分為單獨的電源引腳組。電阻是在任意兩個同名電源引腳電源引腳組中的引腳可以分成兩個或多個子組，每個引腳至少是一個子組的成員。這種劃分會使若一組電源引腳通過封裝平面相連，這組引腳中可以用少至一個引腳(任意選取)來代表該組作為25引腳的電源引腳組，由5個片上金屬互連的引腳、12個封裝平面連接的附加引腳，以及另外8個由第二封裝平面連接的引腳組成，則該組應由5個芯片級相連的引腳和各封裝平面連接組中至少一個引腳來代表。通過把組里所有引腳連接到B端而不是把未選擇的引腳浮空，可以減小測試設備的寄生效電源引腳組。可使用此非電源引腳組的一個引腳(任意選擇)來代表該短路非電源引腳組。該組中的其表2列出了器件分級所需的首選引腳組合系列。可以選擇使用表3。也可以聯合使用表2和表3對器件施加應力。例如，可以用表2的引腳組合系列1～N和表3的N+1系列。附錄A和附錄C給出了引腳組合使用的附加信息和指導。應記錄測試結果和實際使用的引腳組合系列，并依照公司記錄個引腳接到A端，另一引腳接到B端)。10個或更少引腳的集成引腳組合系列編號*連接到B端(地)的引腳(組)1電源引腳組1除電源引腳組1的每個電源引腳與電源引腳組1互連的每個非電源引腳(見附錄C)2電源引腳組2除電源引腳組2的每個電源引腳與電源引腳組2互連的每個非電源引腳(見附錄C)N除電源引腳組N“的每個電源引腳與電源引腳組N互連的每個非電源引腳(見附錄C)在所有組合里，既沒有接到A端，也沒有接到B端的引腳，在施加應力脈沖時應保持不連接狀態(浮空引腳)。所有未連接引腳總是保持不連接狀態。電源引腳可以連接在一起作為一個單獨的組，或者分成子組。子組可以是單獨的引腳。連接到A端的每個引腳對每個子組施加應力(見6.5.1)。已知由封裝平面互連的電源引腳組可以使用一個單獨引腳(見)。電源引腳到電源引腳的組合可以僅使用單極性脈沖施加應力(見)。引腳組合系列編號*連接到B端的引腳(組)1電源引腳組1*除電源引腳組1*的每個電源引腳2電源引腳組2除電源引腳組2的每個電源引腳N電源引腳組N除電源引腳組N的每個電源引腳全部非電源引腳，被測引腳(PUT)*除外每個非電源引腳(作為PUT)·已知由封裝平面互連的電源引腳組可以僅使用一個單獨引腳。既沒有接到A端，也沒有接到B端的所有引腳在施加應力脈沖時應保持不連接狀態(浮空引腳)。所有未連接6.6.2非電源與電源到電源的組合(1,2,…,N)表2和表3的使用表2和表3由DUT的N個電源引腳組構成。這些表格的前N行有唯一一個電源引腳組連接到B端。當引腳未與封裝平面連接，電源引腳組內的引腳應單獨施加應力(當連到A端時)。當連到B端非電源引腳與電源引腳組互連(僅表2)每個非電源引腳連到一個或多個電源引腳組(見6.6.2)。例如，對于一個I/O引腳，引腳的輸出驅動器連接到VCCIO電源組，而同一個引腳的輸入接收器連接到VCC電源組。另外，該I/O引腳可能連接到一個或多個地(例如：VSS、VSSIO)。該信息通常由設計團隊提供。若有以下情形，非電源引腳與電源引腳組互連：a)連到電源引腳組對電路的功能是必需的；b)在非電源引腳與電源引腳組之間存在寄生電路(例如漏極開路型非電源引腳到連接附近N阱保護環的VCC電源引腳組)。在表2規定的測試中，非電源引腳僅對與其互連的電源引腳組施加應力。若已知每個非電源引腳與電源引腳組的互連信息，那么非電源引腳可以只對與其互連的電源引腳組施加應力(見附錄C)。非電源引腳不需要對不相連的電源引腳組施加應力。若該信息未知，則按表3第1～N行的規定，每個非電源引腳對每個電源引腳組進行測試。對于超過8個電源引腳組的器件，建議使用表2。電源引腳的應力極性(表2和表3)當電源引腳組的引腳向其他電源引腳組施加應力時，允許使用單一極性施加全部應力。非電源引腳可選的引腳應力方法(表2和表3)一個非電源引腳到電源引腳的應力可以被它對應的電源引腳到非電源引腳的應力所代替。如果只是單極性應力被替代，那么相反極性的應力需要測試。由于非電源引腳通常不連到其他引腳，這就要求電源引腳組的每個電源引腳分別向各非電源引腳施加應力。若非電源引腳連到其他引腳上，如6.5.2所述，該組其他非電源引腳都要保持浮空。同名非電源(同名I/O)引腳減少樣品方法某些非電源引腳如果滿足同名I/0的標準，可以不進行HBM測試，說明見附錄E。用戶應確定所需的樣品引腳。每組同名I/O(M)應隨機選擇30個非電源引腳進行測試。根據表2或表3對選擇的表2和表3的使用表2的引腳組合系列N+1規定了對每個耦合非電源引腳對施加應力。若無法獲得用于確定耦合對的非電源引腳信息，應使用表3的引腳組合系列N+1。這規定了每個非電源引腳(A端)分別對連到一起并接到B端的其余非電源引腳施加應力，除了那些在芯片上被金若使用表3對一個器件施加應力，該器件具有僅片上相連并外接到多個單獨引腳的短路非電源引腳，那么依照組合系列N+1,這些引腳應分別施加應力，剩下的這些相連引腳保持浮空。若使用表3一個(任意選取)可以用來代表整個短路非電源引腳組。該組中的其余引腳在整個測試期間既不施加應使用表3時，允許與B端相連的非電源引腳劃分成兩個或多個子組，每個引腳至少是一個子組的成員。子組可以是單獨的引腳。與A端相連的引腳分別對每個子組施加應力。每個非電源引腳重復當測試多引腳器件的一對引腳時，低寄生HBM模擬用低寄生HBM模擬器對一個引腳對施加應力時，選擇哪個引腳在A端，哪個引腳在B端并不重要。B端引腳Y施加了雙極性電壓應力，則不必引腳Y在A端對B端引腳X施加應力。GB/T4937.26—2023/IEC60749-第4章全部參數要求的任意HBM模擬器的測試結果進行分級。若某元器件在一個HBM模擬器上測分級電壓范圍(U)V2(資料性)HBM測試方法流程HBM測試方法流程見圖A.1。是是否否否是否圖A.1HBM測試方法流程圖否是否是該引腳是電源否否是否是引腳組?是引腳組?是已知該電源引否讀引腳到組是是表該組)該引腳是非電源引腳是進行測試該非電源引財否該引腳有耦合引腳?否否法否所有引腳已分是圖A.1HBM測試方法流程圖(續)是否否否是是是否(資料性)HBM測試設備寄生特性B.1可選擇的后沿脈沖檢測設備/儀器最大后沿電流脈沖水平定義為正常的HBM脈沖(組)后，通過10kΩ測試負載觀測到的最大峰值電流水平(電流=通過測試負載的電壓除以10kΩ)。評價脈沖后漏電流的時間段是在HBM電流脈沖衰減后的0.1ms～1ms。如果觀察到雜散電流脈沖，從雜散電流脈沖出現后0.1ms開始測量。當施加HBM應力電壓4000V時，后沿電流脈沖的幅值應小于4μA。這包括正向和負向極性(樣測量后沿電流脈沖的電路見圖B.1。電壓探針輸入阻抗不應小于10MQ,輸人電容不超過10pF,帶寬優于1MHz,額定耐壓至少100V。評價負載阻值為10kΩ,容差±1%,能耐受4000V電壓。齊納二極管的擊穿電壓范圍為6V～15V,額定功率為0.25W～1W。C?~100pF+電流探針電路板電路圖B.1后沿脈沖測試設置框圖圖B.24000V正向應力圖B.34000V負向應力擬器中，這種現象非常嚴重，并會導致不同的ESD日鎖效應測試低電容齊納二極管在8V～10V的電壓范圍內的最壞情況條件。齊納二極管會保護電壓探針，其低電容不會顯著減慢電壓建立。二極管接地端的電流傳感器用于觸發示波器。連接到示波器第HBM電流脈沖發生在時間零處，在時間軸上看不到。在HBM事件的時間軸上，數十到數百納秒，HBM電流脈沖前的電壓會作為通過二極管的直流電壓出現。要測試加在器件的電壓，可以把齊納二R?~1500Ω電路+C?~100pFA端B.3常開式繼電器測試設備電容寄生效應當某引腳是多個名稱相似、通過DUT(例如通過封裝平面)短路到一起的一組電源引腳(焊球)的成員時，該引腳的HBM應力測試是復雜的。當元器件放入插座中，只有一個引腳可以連到A端。由于HBM模擬器的連接繼電器開路，其他引腳保持“浮空”,因此其他電源引腳不會連到A端或B端。最近關于封裝-平面-短路引腳的HBM測試設備研究發現，當一個引腳被施加應力，其他“浮空”電源引腳表現得像小電容。由于繼電器開路，沒有直流電流流到地，但常開式繼電器電容會充電。該寄生電容很小(每個引腳4pF～8pF),并且隨HBM模擬器而不同。由于各浮空引腳并聯，寄生電容會隨著連接到電源平面的電源引腳數的增加而增加。該測試設備寄生電容與測試板電容并聯，會減緩HBM峰值電流上升時間，減小HBM峰值電流。所有繼電器矩陣式HBM模擬器都有該特性。很難確定對HBM測試結果的影響，因為它取決于電源引腳ESD電路對減緩di/dt上升時間的敏感度。對于某些設計和設備，HBM等級可能增加或降低。如果失效等級低于預期，建議在一個雙引腳手動測試設備上重新對電源引腳進行測試。如果雙引腳HBM等級高很多，則常開式繼電器電容可能引起HBM失效等級降低。在某些情況下，可以通過增加絕緣材料或從HBM測試設備中移除彈性探針來隔離測試設備通道。這有效地“浮空”了并聯電源引腳。如果已知給定封裝的問題，可以設計一種只把一個電源引腳從插座連接到HBM模擬器的特殊測試夾具板。這種改進的測試夾具板不會將浮空引腳連到HBM模擬器，所以這些引腳也不能給常開式繼電器電容充電。B.4測試確定HBM模擬器是否為低寄生模擬器B.4給出的測試用于決定測試設備能否交換A端和B端，通過DUT將測試設備通道連在一起，并產生足夠相似的波形。準備有10個或更多引腳的短路測試器件，器件的封裝與要考慮的測試設備的插座、測試夾具，或探針兼容(見圖B.6)。除一個引腳外，將該短路測試器件的所有引腳短路到一起(金屬互連)。添加一根引線(符合4.5a)中的短路負載]到短路測試器件，穿過符合4.4要求的電流探針。將引線一端連接短路測試器件的單個未連接引腳，另一端連到短路引腳組。電流探針的正極朝向單個引腳。將短路測試器件插入考慮的HBM測試設備。施加一個正向1kV脈沖(測試設備A端)到單個的引腳，接地回路(B端)連到相連組的任意單個引腳。用示波器(見4.2)記錄該電流波形，標記該波形為“短路A端電流”。轉換A端和B端連接，對相連組引腳(現在連到A端)施加一個負向1kV脈沖，單個引腳接地(B端)。記錄該電流波形為“短路B端電流”。用500Ω電阻替代引線[符合4.5b]中的500Ω評價負載],像短路線負載一樣，施加并記錄1kV500Ω波形，獲得“500ΩA端電流”和“500ΩB端電流”。按照5.2.3,測量A端和B端短路和500Ω電流波形。如果記錄的波形滿足表1短路測試負載和500Ω測試負載的所有波形參數，則該測試設備滿足本測試方法中使用的低寄生模擬器的要求。GB/T4937.26—2023/IEC60749-用表2、表3或表2及雙引腳HBM測試設備測試產品的示例根據可用信息，多電源引腳組的器件可以用不同的方式施加應力。用一個具有幾個典型特性的簡單器件來解釋不同的程序(見圖C.1);一個16引腳的器件有以下特性：●電源引腳組分區1:VDD1(1個引腳)、VSS1(1個引腳)和2個I/O引腳；1個輸出引腳(4個非電源引腳);●電源引腳組分區3:VDD3(1個引腳),VSS3/VSS4(1個引腳),沒有I/O引腳；●VSS1,VSS2-A和VSS2-B在封裝內電氣短路，因此這些引腳中只有一個引腳需要施加應力。●VDD2-A和VDD2-B在芯片上電氣短路，它們之間的電阻小于3Ω。每個引腳都需要施加應●I/O-21和I/O-22在分區2中形成耦合非電源引腳對。C.2程序A(依照表2)a)非電源引腳測試，所有的非電源引腳僅施加應力到與其互連的電源引腳對于非電源引腳測試，所有與該電源引腳組互連的非電源引腳分別只對其電源引腳施加應力。例如，對于電源引腳組VDD1引腳2和引腳3被引腳1和引腳4施加應力(其他電源引腳組使用相同的對于電源引腳測試，器件僅所有電源引腳和接地引腳[VDD1、VDD2-A、VDD2-B、VDD3、VDD4、表C.1依照表2的產品測試引腳組合引腳(組)(1次正向/1次反向)1VDD1(引腳1)VSS1(引腳4)、VDD2-A(引腳5)、VDD2-B(引腳6)(引腳13)、VSS3/VSS4(引腳14)、VDD4(引腳15)I/O-11(引腳2)、I/O-12(引腳3)42VSS1(引腳4)VDD1(引腳1)、VDD2-A(引腳5)、VDD2-B(引腳6)(引腳13)、VSS3/VSS4(引腳14)、VDD4(引腳15)8)、I/O-21(引腳9)、I/O-22(引腳10)3VDD2-A(引腳5)、VDD2-B(引腳6)VDD1(引腳1)、VSS1(引腳4)、VDD3(引腳13)、VSS3(引腳14)、VDD4(引腳15)I-21(引腳7)、O-21(引腳8)、I/O-21(引腳9)、I/O-22(引腳10)84VDD3(引腳13)VDD1(引腳1)、VSS1(引腳4)、VDD2-A(引腳5)、B(引腳6)、VSS3/VSS4(引腳14)、VDD4(引腳15)(無互連非電源引腳)05VDD4(引腳15)VDD1(引腳1)、VSSI(引腳4)、VDD2-A(引腳5)、B(引腳6)、VDD3(引腳13)、VSS3/VSS4(引腳14)I/O-41(引腳16)26VSS3/VSS4(引腳14)VDD1(引腳1)、VSSI(引腳4)、VDD2-A(引腳5)B(引腳6)、VDD3(引腳13)、VDD4(引腳15)I/O-41(引腳16)2引腳組合連接到B端的引腳(組)(1次正向/1次反向)7I/O-11(引腳2)I/O-12(引腳3)2I/O-12(引腳3)I/O-11(引腳2)2I/O-21(引腳9)I/O-22(引腳10)2I/O-22(引腳10)I/O-21(引腳9)2C.3可選程序B(依照表3)應力組合需要的耦合引腳對信息和非電源引腳互連未知。這是傳統的測試方法，如表C.2.表C.2依照表3的產品測試引腳組合連接到B端的引腳(組)(1次正向/1次反向)1VDD1(引腳1)VSSI(引腳4)、VDD2-A(引腳5)、VDD2-B(引腳6)、(引腳13)、VSS3/VSS4(引腳14)、VDD4(引腳15)I/O-11(引腳2)、I/O-12(引腳3)、I-21(引腳7)、O-21(引腳8)、I/O-21(引腳9)、I/O-22(引腳10)、I/O-41(引腳16)2VSS1(引腳4)VDD1(引腳1)、VDD2-A(引腳5)、VDD2-B(引腳6)、(引腳13)、VSS3/VSS4(引腳14),VDD4(引腳15)I/O-11(引腳2)、I/O-12(引腳3)、I-21(引腳7)、O-21(引腳8)、I/O-21(引腳9)、I/O-22(引腳10)、I/O-41(引腳16)3VDD2-A(引腳5)、VDD2-B(引腳6)VDD1(引腳1)、VSS1(引腳4)、VDD3(引腳13)、VSS3/(引腳14)、VDD4(引腳15)I/O-11(引腳2)、I/O-12(引腳3)、I-21(引腳7)、O-21(引腳8)、1/O-21(引腳9)、I/O-22(引腳10)、I/O-41(引腳16)4VDD3(引腳13)VDD1(引腳1)、VSS1(引腳4)、VDD2-A(引腳5)、VB(引腳6)、VSS3/VSS4(引腳14),VDD4(引腳15)I/O-11(引腳2)、I/O-12(引腳3)、1-21(引腳7)、O-21(引腳8)、I/O-21(引腳9)、I/O-22(引腳10)、I/O-41(引腳16)5VDD4(引腳15)VDD1(引腳1)、VSSI(引腳4)、VDD2-A(引腳5)、VB(引腳6)、VDD3(引腳13)、VSS3/VSS4(引腳14)I/O-11(引腳2)、I/O-12(引腳3)、I-21(引腳7)、O-21(引腳8)、I/O-21(引腳9)、I/O-22(引腳10)、I/O-41(引腳16)引腳組合連接到B端的引腳(組)(1次正向/1次反向)6VSS3/VSS4(引腳14)VDD1(引腳1)、VSS1(引腳4)、VDD2-A(引腳5)、VB(引腳6)、VDD3(引腳13)、VDD4(引腳15)I/O-11(引腳2)、I/O-12(引腳3)、I-21(引腳7)、O-21(引腳8)、I/O-21(引腳9)、I/O-22(引腳10)、I/O-41(引腳16)71/O-11(引腳2)I/O-12(引腳3)1-21(引腳7)O-21(引腳8)I/O-21(引腳9)I/O-22(引腳10)I/O-41(引腳16)除了施加應力引腳(即連到A端)I/O-11(引腳2)2I/O-12(引腳3)2I-21(引腳7)2O-21(引腳8)2I/O-21(引腳9)2I/O-22(引腳10)2I/O-41(引腳16)2C.4可選程序C(依照表2)表C.3提供了一個使用雙引腳HBM測試設備，在耦合非電源引腳信息和非電源引腳互連已知情表C.3依照表2可選的產品測試引腳組合(組)(1次正向/1次反向)1VDD1(引腳1)VSS1(引腳4)、VDD2-A(引腳5)、VDD2-B(引腳6)、(引腳13)、VSS3/VSS4(引腳14),VDD4(引腳15)I/O-11(引腳2)、I/O-12(引腳3)42VSS1(引腳4)VDD2-A(引腳5)、VDD2-B(引腳6)、VDD3(引腳13)、VSS3/VSS4(引腳14)、VDD4(引腳15)I/O-11(引腳2)、I/O-12(引腳3)、I-21(引腳7)、O-21(引腳8)、I/O-21(引腳9)、I/O-22(引腳10)3VDD2-A(引腳5)VDD3(引腳13)、VSS3/VSS4(引腳14)、VDD4(引腳15)6I-21(引腳7)、O-21(引腳8)、I/O-21(引腳9)、I/O-22(引腳8表C.3(續)引腳組合(組)(1次正向/1次反向)4VDD2-B(引腳6)VDD3(引腳13)、VSS3/VSS4(引腳14)、VDD4(引腳15)6I-21(引腳7)、O-21(引腳8)、I/O-21(引腳9)、I/O-22(引腳85VDD3(引腳13)VSS3/VSS4(引腳14)、VDD4(引腳15)4(無互連非電源引腳)06VDD4(引腳15)VSS3/VSS4(引腳14)2I/O-41(引腳16)27VSS3/VSS4(引腳14)(所有電源到電源組合已被施加應力)01/O-41(引腳16)28I/O-11(引腳2)I/O-12(引腳3)21/O-21(引腳9)I/O-22(引腳10)2 ——XTAL_+和XTAL_-——XTAL_1和XTAL_2—VREF_P和VREF_N (規范性)本測試方法針對的是采用統一ESD保護方法的IC設計，這種設計在一組引腳中對相同的I/O單已開發出一個統計Excel●程序來簡化該新測試程序用到的統計計算。使用者在確認相同I/O引腳滿足同名I/O引腳的定義后，可以在網站下載Excel文件同名I/O引腳的ESD敏感度等級可以通過對統計上的重要引腳樣本施加HBM應力達到99%的高置信度，而不是對這些相同引腳全部施加應力。該新測試方法將全部數量的同名I/O引腳分成單組或多組。單組全部引腳數量定義為M。該抽樣測試方法從所有同名I/O引腳中隨機選擇30個引腳。對選擇的引腳進行HBM測試，引腳失效定義為引腳漏電流明顯增加或曲線跟蹤曲線發生明顯改變。使用一只IC器件來確定同名I/O引壓間的范圍)。按100V左右的步長，定量增加HBM應力電壓，直到30個引腳樣本中至少15個引腳失效。現在有足夠的數據用于統計確定M個同名引腳，包括所有未測試的(M-30)個引腳通過目標規定等級(SPL)的可能性。如果所有同名引腳通過目標應力等級的概率是99%或更高，則30個隨機選擇的同名I/O引腳的樣本量可以用于全部后面的HBM測試。如果概率低于99%,或最弱引腳測試沒有通過目標HBM電壓等級的50%以上，則不能使用該程序。該方法應用的統計學基于假設一組同名I/O引腳的失效電壓是獨立的，且服從正態分布。樣本引腳的中值和范圍可以很好地估計整組同名I/O引腳的中值和標準差。當半數樣本引腳失效時即可獲得樣本中值，該失效電壓(VM)可用于表示在高置信水平(99%)半區間。區間范圍定義為V2-V1,其中V2是全部30個引腳失效的最高失效電壓，且V2-V1=2圍與總體標準差的期望比。樣本量n=30,d?=4.086,計算得到標準差(a)是[VM-V1]/2.043。在高置信水平99%下，未測試引腳通過目標等級(SPL)的概率由標準正態累積分布函數獲得。做該計算需要的步驟如下。z=[VM-SPL]/o(見圖E.1)b)使用正態累積分布表或Excel電子表和標準正態分布函數(NORMSDIST函數)計算總體中任一引腳無法通過SPL的概率。該值定義為NORMSDIST(一z)。該值是正態分布上失效電壓低于SPL的面積。d)因為有M-n個未測試引腳，全部未測試引腳通過SPL的概率是[NORMSDIST(z)](M-”)。e)若[NORMSDIST(z)]M-*≥0.99,則樣本數據表明在統計置信度99%下，該IC器件的所有同名I/O引腳通過HBM電壓SPL.如果計算表明可以達到99%的置信度水平，則可對同名引腳采用這種抽樣HBM測試程序。后面三個器件的HBM測試可以依照該標準HBM測試程序，但只有同名I/O引腳組中隨機選取的30個引E.3IC產品選擇如果一個IC產品的相同I/O引腳滿足3.2中規定的同名I/0引腳定義，則該IC產品可以考慮應以手動進行設計確認，也可以通過軟件檢查這種更有效的檢查方式識別同名I/O引腳及其互連宏焊盤單元設計可以用饋通金屬線設計。這些線使得不在焊盤單元的內部從M個引腳的總體中隨機選取30個同名I/0引腳。可以使用基于隨機數生成器的電子表。不要對一個IC器件施加HBM應力，確定最小HBM失效電壓(V1)和30個樣本1/0引腳中15個失