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静电放电灵敏度测试范围和目的
作者:段进成    发布于:2019-03-13 16:14:01    文字:【】【】【
摘要:本文件根据暴露于规定的场致电荷器件模型(CDM)静电放电(ESD)对损坏或降解的敏感性(灵敏度),建立了测试,评估和分类器件和微电路的程序。所有封装的半导体器件,薄膜电路,表面声波(SAW)器件,光电子器件,混合集成电路(HIC)以及包含任何这些器件的多芯片模块(MCM)都应根据此标准进行评估。要执行测试,必须将器件组装成类似于最终应用中预期的封装。本CDM文件不适

1.0范围和目的

1.1范围

本文件根据暴露于规定的场致电荷器件模型(CDM)静电放电(ESD)对损坏或降解的敏感性(灵敏度),建立了测试,评估和分类器件和微电路的程序。所有封装的半导体器件,薄膜电路,表面声波(SAW)器件,光电子器件,混合集成电路(HIC)以及包含任何这些器件的多芯片模块(MCM)都应根据此标准进行评估。要执行测试,必须将器件组装成类似于最终应用中预期的封装。本CDM文件不适用于插座式放电模型测试仪。该测试方法结合了JEDEC JESD22-C101和ANSI / ESD S5.3.1的主要特性。引入了新的验证程序和测试条件定义以促进这种组合。

1.2目的

本文档的目的(目标)是建立一种测试方法,该方法将复制CDM故障,并提供从测试仪到测试仪的可靠,可重复的CDM ESD测试结果,而不管设备类型如何。可重复的数据将允许准确的分类和CDM ESD灵敏度水平的比较。

2.0参考出版物

除非另有说明,否则最新版本,修订或修订的以下文件构成本标准的一部分,在此规定的范围内:

ESD ADV1.0。 ESD协会术语表2

JESD99,JEDEC标准 - 微电子器件的术语,定义和字母符号3

JESD88,固态技术术语词典2

JESD625,处理静电放电敏感(ESDS)设备的要求2

ANSI / ESD S20.20,电气和电子部件,组件和设备的保护(不包括电启动爆炸装置)1

IEC61340-5-1  - 静电学 - 第5-1部分:电子设备免受静电现象的保护 - 一般要求4

3.0定义

本文件正文中使用的术语符合ESD ADV1.0中的定义,ESD协会的术语表可在www.esda.org免费下载。

带电器件模型静电放电(CDM ESD)。静电放电(ESD)使用CDM来模拟当带电设备通过单个引脚或端子快速放电到较低静电电位的另一个物体时发生的实际放电事件。

带电器件模型(CDM)静电放电(ESD)测试仪。设备(在本标准中称为“测试仪”),使用非插座测试方法模拟设备级CDM ESD事件。

CSmall:用于集成电路或分立半导体的器件到CDM场板电容,在该等级或低于该值时,如果满足特定条件,则确定不需要CDM测试。

介电层。放置在Field Plate顶部的薄绝缘体用于将器件与场板分开。

场板。导电板用于通过电容耦合提升被测器件(DUT)的电位(见图1)。

地平面。用于完成DUT接地/放电电路的导电板(见图1)。

软件电压。用户/操作员输入的电压,当与比例因子或偏移相结合时,设置系统上的实际场板电压,以实现表1或2中定义的波形参数。

测试条件(TC)。出于本文档的目的,测试条件是指满足表1和2的特定列中的波形参数条件的测试器板电压。

4.0人员安全

在初始设备安装期间,安全工程师或适用的安全代表应在其操作位置检查设备,以确保设备不在可燃(危险)环境中运行。

4.1培训

在使用设备之前,所有人员都应接受系统操作培训和电气安全培训。

4.2人员安全

本文档中描述的程序和设备可能会使人员暴露于危险的电气条件下。本文档的用户有责任选择符合适用法律,法规法规以及外部和内部政策的设备。用户注意,本文档无法替换或取代任何人员安全要求。

当人员可能与电源接触时,应考虑接地故障断路器(GFCI)和其他安全保护措施。

应执行电气危险减少措施,并遵守设备的正确接地说明。

注意:此外,CDM测试仪在操作和操作时应移动部件,以避免人员在操作时与移动部件接触。

5.0必需的设备

5.1 CDM ESD测试仪

1显示了CDM测试仪设置的硬件原理图,该测试仪设置用于在假设使用电阻电流探头的情况下进行场感应CDM ESD测试。 DUT可以是实际器件,也可以是附件A中描述的两个验证模块(金属盘)之一。弹簧针应连接到地平面,电流路径为1欧姆,带宽最小(BW) 9 GHz。电阻式电流传感器的1欧姆弹簧针对地连接可以是并联的pogo引脚和接地层之间的1欧姆电阻和示波器及其同轴电缆的50欧姆阻抗的组合。 K1是对场板充电和接地场板之间的切换。 在本标准范围内使用的CDM ESD测试仪应满足图2,表1和表2中规定的波形特性,探头组件中不需要额外的无源或有源器件,如铁氧体。

 

                    图1:简化的CDM测试仪硬件原理图

注意:构建测试设备时,应尽量减少充电和放电路径中的寄生效应,因为设备中的电阻 - 电容 - 电容(RLC)寄生效应会极大地影响测试结果。

注意:对于符合ANSI / ESD 5.3.1和/或JEDEC C101标准的现有设备,建议联系合格的维修人员,以便在拆除铁氧体组件后确定是否符合本标准。

5.1.1电流传感元件

电流检测元件应包含在地平面内。该元件的电阻值应为1.0欧姆+ 10%。应使用5.1节中规定的电阻作为电流检测元件。电阻值(包括50欧姆电缆/示波器终端)应使用欧姆表测量,如第5.5节所述。电阻值应用于计算第一峰值电流。

电流检测元件的最小频率响应应为9 GHz(在9 GHz时最大滚降为3 dB)。

5.1.2地平面

探头组件应包含一个方形接地平面,探头引脚位于其中心,如图1所示。接地平面的尺寸应为63.5 mm x 63.5 mm + 6.35 mm(2.5英寸x 2.5英寸+ 0.25英寸)。

5.1.3场板/场板介电层

场板的表面平整度应不大于+ 0.127毫米(+ 0.005英寸)。场板介电层应该用FR4或类似的环氧玻璃材料制成。对于FR4,该介电层的厚度和厚度公差应为0.381 mm + 0.025 mm(0.015英寸+ 0.001英寸),以便在表4中规定的范围内产生电容测量(如规范性附录B中所规定)。附件A.

如果使用不同的材料,则选择材料厚度以使电容测量值在附录A的表4中规定的范围内。

5.1.4充电电阻

1所示的充电电阻名义上应为100兆欧或更大。

可以使用高于100兆欧的电阻值,但这可能不允许非常大的器件(参见第6.9节和附录I)在被探针组件放电之前充分充电。通过在CDM测试器编程软件中的放电之间增加延迟可以克服这种影响。如果使用大于100兆欧的电阻,建议对测试仪或设备本身进行表征,以确定是否需要延迟放电大型设备。这种大型设备延迟特性的程序见附件I.

5.2波形测量设备

CDM波形测量设备应包括以下组件。

5.2.1电缆组件

在高达5 GHz的频率和标称50欧姆阻抗的情况下,组合内部测试仪电缆和外部电缆的电缆组件总损耗不超过2 dB。

5.2.2高带宽波形测量设备

5.2.2.1高带宽示波器

示波器或瞬态数字转换器,具有至少6 GHz的最小实时(单次拍摄)3 dB BW,以及具有标称50欧姆输入阻抗的≥20gigasample / sec采样率。

5.2.2.2衰减器

一个20 dB衰减器,精度为±0.5 dB,至少12 GHz带宽,阻抗为50欧姆±5.0欧姆。

5.2.3 1.0 GHz波形测量设备

5.2.3.1 1 GHz示波器

示波器或瞬态数字转换器,具有1 GHz的实时(单次)3 dB带宽,标称输入阻抗为50欧姆。采样率应≥5gigasample / sec。

注意:用户可以选择使用更高的BW示波器,并使用硬件或软件滤波器产生相当于第5.2.3.1节中规定的带宽和采样率。

5.2.3.2衰减器

一个20 dB衰减器,精度为0.5 dB,至少4 GHz BW,阻抗为50欧姆±5欧姆。

5.3验证模块(金属圆盘)

大型验证模块的电容应为55pF±5%,小型验证模块的电容应为6.8pF±5%。有关验证模块物理尺寸的信息,请参阅规范性附录A,有关电容测量程序的信息,请参阅规范性附录B.

5.4电容表

电容表,分辨率为0.2 pF,测量精度为3%,测量频率为1.0 MHz,如规范性附录B所述。

 

 

5.5欧姆表

用于测量电阻探头电阻的欧姆表应能够测量到0.01欧姆的精度。建议使用开尔文4线连接。

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