ESD静电敏感等级介绍.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,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,QC,2010.08,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,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,，,Human Body Model,）,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,210ns,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：,靜電放電模型,二、機器放電模型（,MM,，,Machine Model,）,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,58ns,上升時間和大約,80ns,周期的正弦衰減波形。,2,）電路圖：,靜電放電模型,三、充電器件模型（,CDM,，,Charged-Device Model,）,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,200s,，整個放電過程可能發生在少於,2.0ns,的時間里。,2,）電路圖：,ANSI/ESD STM5.1-2007,介绍,美國國家標準,ANSI/ESD STM5.1,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：,等級,閥值電壓,(V),0,250V,1A,250,500),1B,500,1000),1C,1000,2000),2,2000,4000),3A,4000,8000),3B,8000,二、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/ESD STM5.1-2007,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,HBM ESD,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。,HBM ESD,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/ESD STM5.1-2007,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/ESD STM5.1-2007,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/ESD STM5.1-2007,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/ESD STM5.1-2007,介绍,3.V,DD,-to-V,SS,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,1A(,或,10A),。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/ESD STM5.1-2007,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(14002000V),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/ESD STM5.1-2007,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。,管腳組合,PD,模式,ND,模式,PS,模式,NS,模式,1,2000,-800,500,OK,2,2500,-1000,500,OK,3,1750,-500,500,OK,4,VDD,VDD,VDD,VDD,5,7250,OK,7000,OK,6,7000,OK,7000,OK,7,4250,-500,4000,-5750,8,5000,-250,4500,-3000,9,3000,OK,4500,-7000,10,7500,OK,OK,OK,11,7250,OK,7250,OK,12,2000,-1000,500,OK,13,2250,-750,500,OK,14,2250,OK,750,OK,15,6500,-750,500,OK,16,1500,OK,500,OK,17,VSS,VSS,VSS,VSS,ANSI/ESD STM5.1-2007,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,(ESD failure threshold),定義為其四種測試模式下的最低值，即此第,7,腳的,ESD failure,threshold,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,ESD failure,threshold,為,7250V,。依此類推，每一腳都有其,ESD failure,threshold,。而此顆,IC,的,ESD failure threshold,定義為所有,IC,腳中,ESD failure threshold,最小的那個電壓值，因此，該顆,IC,的,ESD failure threshold,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,耐壓測試的,IC,中，每一顆都可找出該顆,IC,的,ESD failure threshold,，可能每一顆之間的,ESD failure threshold,都不太相同，這時我們定義其中最低的,ESD failure threshold,為該批,IC,的,ESD failure threshold,。,THE END,！,