低寄生HBM测试

白皮书

人体模型(HBM)静电放电(ESD) 测试是最古老,最广泛使用的ESD测试 电子 行业。 JEDEC HBM测试不是静态的; 它已被修改,以跟上快速变化 半导体行业。 该规范的最新版本解决了HBM测试仪中寄生阻抗引起的故障。 EAG拥有可帮助您解决HBM测试问题的设备和专业知识。

HBM规范的演变

目前的ANSI / ESDA / JEDEC HBM测试JS-001-2014是从军用ESD测试规范MIL-STD-883,方法3017.8发展而来的。 该规范的第一个JEDEC版本发布在1995中。 在过去的二十年中,基于可靠性工程师从IC行业的各个方面进行的数据和分析,对HBM规范进行了逐步改进。 其中一个主要目标是减少HBM测试所需的成本和时间。 其他更改解决了HBM模拟器硬件的问题。 下表总结了HBM规范的不同修订版:

下表总结了HBM规范的不同修订版

HBM测试仪的理想模型

HBM测试仪的理想模型如图1所示。

图1理想化HBM测试仪

图1 理想的HBM测试仪

在此型号中,100pF电容器使用高压电源充电,图中未显示。 电源从电路中移除,电容通过1500Ω电阻放电。 在这种情况下,被测设备是最简单的一种:一根电线。 如果您测量通过导线的电流随时间的变化,则波形如图2所示。

图2 HBM电流与时间的关系,+ 1000V HBM

图2 HBM电流与时间的关系,+ 1000V HBM

一个更现实的HBM测试模型

图2中的波形显示了一些振铃,表明电路中存在寄生阻抗。 寄生阻抗是信号路径中额外的不需要的无源器件(电阻器,电容器和电感器)的任意组合。 对于通过一根导线放电HBM模拟器,图3中显示了更真实的电路。

图3更真实的HBM测试仪模型

图3 更现实的HBM测试仪模型

由于继电器用于将被测器件(DUT)的端子连接到HBM测试器,寄生电感和电阻被添加到放电路径。 在真正的HBM仿真器中,1500Ω电阻是分布式的,端子A侧约为1400Ω,端子B侧约为100Ω。 电阻被分开以便在整个继电器阵列上提供符合规范的波形。

由于大多数IC设备有两个以上的终端,情况更复杂。 无论引脚是否连接,器件上的每个引脚都有一个到HBM模拟器的电容耦合阻抗路径。 当多引脚电源或接地组的一个引脚受到应力时,该组中的其他引脚会浮空,并且它们会增加额外的电容,每个引脚的数量级为4-8pF。 这种额外的电容可以显着改变波形的形状。 此外,DUT板和插座还会增加额外的电阻,电感和电容,从而导致HBM波形发生额外变化。 任何对波形斜率或端子B电阻敏感的电路都会受到寄生阻抗的影响。 由于电容耦合,在HBM测试期间甚至可能损坏无应力引脚。 所有这些都会影响波形并导致错误的HBM故障(参见参考文献6。)图4中显示了更实际的HBM测试仪模型。

图4更真实的HBM测试仪模型

图4 一个更现实的HBM测试仪模型

降低的寄生HBM测试仪

为了解决基于继电器的系统所遇到的问题,ESDA / JEDEC HBM测试的最后三个版本允许使用低寄生HBM测试仪。 测试仪和DUT之间的接口是探针台; 该部分仅在两点电连接。 不需要特殊的固定装置或插座,并且没有继电器阵列导致寄生阻抗降低。 DUT可以是封装部件或晶片。 关键结构可以在设计周期的早期进行表征。 (见图5。)

图5 HBM双点测试仪和探针台

图5 HBM两点测试仪和探针台

低寄生测试仪提供高精度且接近完美的HBM脉冲。 当脉冲施加到DUT时,可以测量电压与时间和电流与时间的关系。 这样可以在HBM压力期间更彻底地分析DUT的行为。 (见图6。)

图6双点HBM测试仪波形和IV曲线

图6 两点HBM测试仪波形和IV曲线

EAG的两点测试方法

由于两点测试仪仍然太慢而无法对大型生产零件进行测试,因此EAG采用了混合测试策略,使用可用的继电器测试仪。

1。 在继电器测试仪上测试DUT。 这是规范允许的,它是速度最快,成本最低的解决方案。

2。 使用以下做法将测试器寄生阻抗降至最低:

  • 当多引脚电源或接地层是端子B(接地端子)时,请将所有引脚接地。
  • 当多引脚电源,接地或非电源组是端子A(带盖端子)时,请不要使所有插针都带有盖销; 换个代表针。
  • 在供电/接地供电/接地测试中,仅消极正极性。

3。 如果ATE没有故障,则DUT已通过测试。

4。 如果发现故障或需要特征数据:

  • 进一步强调识别和隔离失效的引脚对。
  • 如果引脚对通过两点测试器,则器件通过。
  • 如果引脚对发生故障,请使用两点测试仪来表征故障。

结论

随着工艺技术的快速变化,继电器测试器寄生阻抗引起的误报已成为一个更重要的HBM问题。 EAG的测试方法可最大限度地减少错误故障的发生率。

EAG能够使用两点测试仪确定您是否出现了故障。 这样可以减少EAG客户的面罩更换次数和更快的上市时间。 您可以依靠EAG为您提供业内最新的标准和最佳测试实践。

 


参考文献:

  1. JEDEC JESD22-A114,“静电放电(ESD)灵敏度测试人体模型(HBM)”,(其他修订版为A,B,C,D,E。)
  2. ANSI / ESDA / JEDEC JS-001-2014,“静电放电(ESD)灵敏度测试人体模型(HBM)”,(其他修订版本为2010,2011,2012。)
  3. E.Grund,M。Hernandez,Oryx Instruments,“消除人体模型脉冲发生器异常的方法”,EOS / ESDA Symposium 2006
  4. Evan Grund,Grund Technical Solutions LLC,“双针人体模型测试”,EOS / ESDA Symposium 2009
  5. Scott Ward,Keith Burgess,Joe Schichl,Charvaka Duvvury,Peter Koeppen,Hans Kunz,Texas Instruments; Evan Grund,Grund技术解决方案,“通过两个引脚HBM测试克服未选择的引脚继电器电容HBM测试仪工件”,EOS / ESDA研讨会2010
  6. Yue Zu,Liang Wang,Rajkumar Sankaralingam,Scott Ward,Joe Schichl,Texas Instruments; “HBM测试期间无应力引脚上的偶然脉冲引起的阈值电压偏移”,EOS / ESDA研讨会2014

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