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HBM、MM和CDM測試的基礎知識
點擊次數:1216 更新時間:2023-11-01
  主要的ESD 測試是人體模型 (HBM)、機器模型 (MM) 和充電設備模型 (CDM)。
 
  有許多已建立的模型可以針對 ESD 事件測試半導體器件的可靠性,以確保有效性和可靠性。主要的 ESD 測試是人體模型 (HBM)、機器模型 (MM) 和充電設備模型 (CDM)(圖 1)。
 
圖 1. HBM、MM 和 CDM 測試的 ESD 模型。
 
  JEDEC 標準確保 ESD 測試的有效性和可靠性。這三個測試的測試配置(圖 1)有五個元素:V ESD、C、SW、R 和 L。輸入 V ESD電壓在開關 (SW) 閉合之前對電容器 C 充電。隨著 SW 的閉合,ESD 夾具的輸出阻抗(R 和 L)發送 V ESD信號,該信號轉換為電流(I ESD)進入被測設備(DUT)?,F在 ESD 電流流過 DUT 的 ESD 二極管;D ESD+和 D ESD-。如果其中一個或兩個 ESD 二極管失效或丟失,則電流(I ESD) 將從該 ESD 事件中找到另一條路徑,該路徑多次災難性地進一步進入 DUT 電路。
 
  等式 1 表示圖 1 測試電路的數學傳遞函數。
 
方程。1
 
  此配置導致在信號引腳接合處發生瞬時 ESD 事件,以模擬三個 ESD 測試信號事件之一。DUT 信號引腳是輸入或輸出設備引腳。對于這三個 ESD 測試,V ESD、C、R 和 L 分量的值會有所不同,以完成實際的 ESD 事件(表 1)。
 
  表 1. HBM、MM、CDM 的 ESD 事件
 
  在表 1 中,這三個模型歸結為串聯 RLC 電路和脈沖發生器,但電路值和脈沖特性因模型而異。然而,所有三個測試都會產生一個短的、定義明確的 ESD 脈沖,從而導致電流 (I ESD ) 水平與實際 ESD 事件期間所經歷的水平相當。
 
  人體模型 (HBM) 表征電子設備對靜電放電 (ESD) 損壞的敏感性。人體模型是模擬人體從手指通過被測設備 (DUT) 到接地的 ESD 路徑的模型。ESD電源電壓 (V ESD ) 為測試電路中的電容器充電。標準 HBM 測試包括 ±2 kV 的電源電壓、1 至 10 MΩ 的高值電阻和 100 pF 的電容。
 
  機器模型 (MM) 的目的是創建更嚴格的 HBM 測試。充電電容 (C) 故意較大 (200 pF),充電源電阻值非常低;0至10Ω。這種低阻值電阻允許 ESD 源提供比 HBM 模型更高的電流。盡管此模型的目的是描述與最終用戶電子組件相關的機器 ESD 事件,但它并不旨在體現半導體最終測試和處理中使用的處理程序。
 
  充電設備模型 (CDM) 可以作為一次性普遍應用的 MM 的替代測試。此 CDM 測試模擬 IC 封裝或制造設備在通過最終生產操作處理設備時積累的電荷。在制造過程中,設備處理設備內存在產生靜電的機會。這是 IC 設備滑下防靜電管或測試處理器的地方,這些設備會產生電荷。
 
  注入 DUT的電流 (I ESD ) 會產生熱量。產生熱量的大小取決于峰值 ESD 脈沖電壓、電容和 DUT 電阻。在 HBM 測試中,IC 故障模式通常表現為柵極氧化物、接觸尖峰和結損壞。
 
  ESD測試比較
 
  這三個測試的相似上升時間約為 10 ns,但 HBM 和 MM 測試的總持續時間超過 CDM 模型約 200 ns(圖 2)。
 
圖 2. CDM、MM 和 HBM ESD 電流與時間測試。
 
  圖 2 顯示了HBM、MM 和 CDM ESD 測試的電流 (I ESD ) 波形特性。通常,HBM ESD 測試的應力水平大約是 MM ESD 測試條件的 10 倍。此外,HBM 測試的保護電壓電平通常為 2 kV,而 MM 測試為 200 V,CDM 測試為 500 V。CDM、HBM 或 MM 之間沒有相關性。因此,HBM和CDM測試通常用于ESD保護電路測試。較長的 I ESD持續時間導致片上 ESD 結構的過熱增加。HBM 和 MM 測試失敗通常出現在柵極氧化層或結損壞。
 
  表 2、3 和 4 顯示了 HBM、CDM 和 MM ESD 抗擾度分類。
 
  表 2. HBM 的 ESD 抗擾度分類
 
表 3. CDM 的 ESD 抗擾度分類
 
表 4. MM 的 ESD 抗擾度分類
 
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