Имитатор электростатического разряда (HBM/MM): основное оборудование для испытаний полупроводниковых приборов на восприимчивость к электростатическому разряду

Резюме
На фоне стремительного развития полупроводниковой промышленности проблема повреждения полупроводниковых приборов электростатическим разрядом (ЭСР) становится всё более актуальной. Модель человеческого тела (МЧТ) и модель машины (ММ) являются основными источниками электростатических угроз, с которыми сталкиваются полупроводниковые приборы при производстве, транспортировке и эксплуатации. В данной статье рассматриваются LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM)В статье подробно рассматриваются принципы его конструкции, соответствие международным и национальным стандартам, характеристики оборудования, технические характеристики и применение при испытаниях на устойчивость к электростатическому разряду полупроводниковых приборов, таких как светодиодные кристаллы, транзисторы и микросхемы. В статье представлен всесторонний анализ этого оборудования, который демонстрирует его важную роль в обеспечении качества и надежности полупроводниковых приборов, предоставляя справочные материалы для соответствующих испытательных работ в полупроводниковой промышленности.

1. Введение
По мере развития полупроводниковой технологии в сторону миниатюризации и высокой интеграции чувствительность полупроводниковых приборов к статическому электричеству значительно возросла. Электростатический разряд (ЭСР), являясь распространённым явлением электромагнитных помех, может привести к снижению производительности полупроводниковых приборов, отказу их работы или даже к необратимому повреждению, что наносит огромный экономический ущерб полупроводниковой промышленности. Согласно соответствующим статистическим данным, отказы, вызванные ЭСР, составляют более 25% всех отказов полупроводниковых приборов, что делает их ключевым фактором, влияющим на надёжность полупроводниковых приборов.

Модель человеческого тела (HBM) имитирует процесс электростатического разряда, возникающий при контакте заряженного тела человека с полупроводниковыми приборами, в то время как модель машины (MM) имитирует электростатический разряд между производственным оборудованием, автоматизированными машинами и другими устройствами и полупроводниковыми приборами во время работы. Если электростатическая энергия, генерируемая этими двумя моделями разряда, превышает допустимый предел для полупроводниковых приборов, это может привести к их серьёзному повреждению. Поэтому испытания на чувствительность к электростатическому разряду полупроводниковых приборов на основе HBM и MM стали неотъемлемым этапом в процессе производства, НИОКР и контроля качества полупроводниковых приборов.

Как профессиональный производитель испытательного оборудования, LISUN GROUP разработал и запустил ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) разработан в соответствии с характеристиками и требованиями к испытаниям HBM и MM. Это оборудование позволяет точно имитировать процессы электростатического разряда HBM и MM, а также проводить испытания полупроводниковых приборов на чувствительность к электростатическому разряду в соответствии с действующими международными и национальными стандартами. Он обеспечивает надежный метод контроля качества полупроводниковых приборов и широко применяется в полупроводниковой промышленности. 

ESD-883D

2. Принципы моделей разряда HBM и MM и значение тестирования
2.1 Принцип модели человеческого тела (HBM)
Модель человеческого тела (HBM) основана на физическом процессе, при котором человеческое тело накапливает статическое электричество из-за трения и других факторов в течение повседневной деятельности, и статическое электричество разряжается через полупроводниковый прибор при контакте с ним. В модели HBM человеческое тело можно рассматривать как эквивалентную цепь, состоящую из конденсатора и резистора. Как правило, эквивалентная емкость модели HBM составляет приблизительно 100 пФ, а эквивалентное сопротивление – около 1500 Ом. Такая конфигурация параметров позволяет относительно точно имитировать реальную ситуацию электростатического разряда при контакте заряженного человеческого тела с полупроводниковым прибором. При контакте человеческого тела, несущего статический заряд, с полупроводниковым прибором заряд быстро высвобождается через прибор, образуя мгновенный большой ток. Этот ток создает чрезмерно высокое падение напряжения внутри полупроводникового прибора, что может привести к пробою изолирующего слоя прибора, повреждению p-n-перехода и, в конечном итоге, к выходу прибора из строя.

2.2 Принцип модели машины (ММ)
Модель машины (ММ) в основном имитирует процесс электростатического разряда, который возникает между автоматизированным оборудованием, роботизированными манипуляторами, конвейерными лентами и другими механизмами на производственной линии и полупроводниковыми приборами после того, как оборудование накапливает статическое электричество из-за трения, индукции и других эффектов во время работы. По сравнению с HBM, ММ имеет большую эквивалентную емкость (обычно 200 пФ) и меньшее эквивалентное сопротивление (близкое к 0 Ом). Это увеличивает скорость нарастания тока в процессе разряда ММ, увеличивает пиковый ток и высвобождаемую электростатическую энергию, что приводит к более значительному повреждению полупроводниковых приборов. В автоматизированном процессе производства полупроводниковых приборов аварии, вызванные ММ, часто приводят к повреждению партии устройств. Поэтому испытания на восприимчивость к ЭСР на основе ММ особенно важны.

2.3 Значение тестирования восприимчивости к электростатическому разряду HBM и MM
Проведение испытаний на восприимчивость к электростатическому разряду (ESD) полупроводниковых приборов методом HBM и методом MM имеет большое значение во многих аспектах. С точки зрения НИОКР, испытания могут точно определить устойчивость приборов к различным моделям электростатического разряда, предоставляя данные для проектирования структуры прибора, выбора материалов и оптимизации процесса, а также способствуя разработке полупроводниковых приборов с улучшенными возможностями электростатической защиты. В процессе производства испытания позволяют контролировать качество производимых полупроводниковых приборов, исключать продукцию, не соответствующую требованиям из-за высокой электростатической чувствительности, обеспечивать стабильность качества поставляемых приборов и снижать риск выхода из строя приборов, вызванного статическим электричеством, для предприятий, занимающихся последующими технологическими процессами. Для предприятий, занимающихся последующими технологическими процессами, проведение испытаний на восприимчивость к электростатическому разряду закупленных полупроводниковых приборов позволяет проверить, соответствуют ли приборы эксплуатационным требованиям собственной продукции, обеспечить надежность конечных изделий в процессе производства и эксплуатации, а также избежать дефектов в конечных изделиях, вызванных отказом полупроводниковых приборов под действием ESD.

3. Стандарты, которым следуют LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM)
В процессе проектирования и производства были LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) строго соответствует ряду международных и национальных стандартов, что гарантирует точность, надежность и универсальность результатов испытаний, а также может соответствовать требованиям испытаний на восприимчивость к электростатическому разряду полупроводниковых приборов в различных странах, регионах и отраслях. 

Вышеуказанные стандарты подробно определяют условия и процедуры испытаний, требования к параметрам и порядок определения результатов испытаний электростатическим разрядом HBM и MM. LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) не только полностью соответствует требованиям этих стандартов, но и способен удовлетворить самые строгие требования к электростатическому напряжению в каждом стандарте, гарантируя точность и эффективность испытаний полупроводниковых приборов на восприимчивость к электростатическому разряду в различных жестких условиях. Например, в некоторых стандартах испытаний HBM требуется максимальное электростатическое напряжение 8 кВ, а диапазон выходного напряжения этого оборудования в режиме HBM составляет 0.1–8 кВ ±5%, что позволяет точно удовлетворить эти строгие требования; в стандартах испытаний MM максимальное электростатическое напряжение составляет 800 В, а диапазон выходного напряжения оборудования в режиме MM (100–800 В ±5%) также полностью соответствует требованиям испытаний.

4. Особенности LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM)
LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) в своей конструкции в полной мере учитывает практичность, стабильность и безопасность испытательных работ и обладает множеством выдающихся характеристик, обеспечивая высококачественную поддержку оборудования для испытаний восприимчивости полупроводниковых приборов к электростатическому разряду.

4.1 Удобный пользовательский интерфейс
Оборудование оснащено цветным сенсорным ЖК-дисплеем с лаконичным и интуитивно понятным дизайном и понятной логикой работы. Испытатели могут быстро освоить работу с оборудованием без сложного обучения. С помощью сенсорного экрана испытатели могут легко задать такие параметры испытания, как выходное напряжение, полярность разряда, количество разрядов и интервал между разрядами. При этом на экране в режиме реального времени отображаются ключевые параметры процесса испытания, такие как текущее напряжение разряда, количество разрядов и рабочее состояние оборудования. Это позволяет испытателям контролировать процесс испытания в режиме реального времени и оперативно выявлять и устранять возникающие в ходе испытания проблемы.

4.2 Высокая точность и стабильность выходных характеристик
Точность выходного напряжения является одним из ключевых показателей, определяющих производительность имитатора электростатического разряда, и напрямую влияет на точность результатов испытаний. LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) использует передовую технологию управления напряжением с точностью выходного напряжения ±5% как в режиме HBM, так и в режиме MM. Это гарантирует точное соответствие значения напряжения каждого разряда требованиям стандарта испытаний и позволяет избежать ошибок в результатах испытаний, вызванных отклонениями напряжения. Кроме того, в оборудовании используются высококачественные электронные компоненты и стабильная схемотехническая конструкция, что эффективно снижает влияние внешних факторов (таких как колебания напряжения электросети, изменения температуры окружающей среды и т. д.) на выходные характеристики, обеспечивая стабильность выходного напряжения оборудования при длительных непрерывных испытаниях и предоставляя надежную гарантию надежности испытаний.

4.3 Комплексный механизм защиты безопасности
В процессе испытаний на электростатический разряд используется высокое напряжение, поэтому безопасность оборудования имеет решающее значение. Это оборудование оснащено интеллектуальным программируемым источником питания высокого напряжения и имеет функции защиты от перенапряжения, перегрузки по току и короткого замыкания. При обнаружении превышения выходным напряжением установленного безопасного порога, слишком большого выходного тока или короткого замыкания, оборудование автоматически отключает выход высокого напряжения и одновременно подает сигнал тревоги, предотвращая повреждение самого оборудования, испытуемых образцов и тестеров из-за аномально высокого напряжения. Этот комплексный механизм защиты значительно снижает риски безопасности во время испытаний и обеспечивает надежную гарантию личной безопасности тестеров и нормальной работы оборудования.

4.4 Функция интеллектуальной самодиагностики
Для своевременного обнаружения потенциальных неисправностей оборудования и обеспечения его постоянной исправности необходимо: LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) оснащен функцией самодиагностики. При запуске оборудования и во время испытаний оно автоматически определяет основные внутренние компоненты (такие как высоковольтный источник питания, цепь управления, разрядный контур и т. д.). При обнаружении неисправного компонента или нестабильной работы оборудования на ЖК-дисплее отображается информация о неисправности, что позволяет испытателям своевременно проводить техническое обслуживание и ремонт. Функция самодиагностики позволяет существенно сократить время диагностики неисправностей оборудования, повысить эффективность обслуживания оборудования, уменьшить количество перерывов в испытательных работах, вызванных неисправностями оборудования, и обеспечить бесперебойный ход испытаний.

4.5. Высокая эффективность затрат
Исходя из предпосылки обеспечения производительности и качества оборудования, LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) также отличается высокой экономической эффективностью. Основные компоненты оборудования изготовлены из высококачественных импортных компонентов, обладающих высокой точностью, надежностью и длительным сроком службы. Эти компоненты позволяют эффективно снизить частоту отказов оборудования и снизить расходы на его последующее обслуживание. LISUN GROUP Компания контролирует себестоимость оборудования, оптимизируя производственный процесс и повышая эффективность производства, предлагая потребителям продукцию с превосходными характеристиками и доступными ценами. Это обеспечивает высокую конкурентоспособность оборудования на рынке и позволяет удовлетворить потребности в испытаниях предприятий полупроводниковой промышленности любого масштаба. Это оборудование позволяет проводить высококачественные испытания на электростатическую восприимчивость как в небольших научно-исследовательских лабораториях, так и в крупных производственных предприятиях.

5. Технические характеристики LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM)
Технические характеристики являются важной основой для понимания производительности и области применения оборудования. Подробные технические характеристики LISUN ESD-883D Имитаторы электростатического разряда (HBM/MM) показаны в следующей таблице:

Из приведенных выше характеристик следует, что оборудование обладает высокой гибкостью в настройке параметров разряда. Оно позволяет регулировать такие параметры, как выходное напряжение, полярность разряда, количество разрядов и интервал между ними, в соответствии с требованиями к испытаниям различных полупроводниковых приборов и различными стандартами, что позволяет использовать его в самых разных условиях. Например, при тестировании светодиодных кристаллов с различной чувствительностью тестировщики могут выбрать соответствующее выходное напряжение в режиме HBM в соответствии со спецификациями кристаллов (для кристаллов с низкой чувствительностью можно выбрать более высокое напряжение для тестирования, для кристаллов с высокой чувствительностью – более низкое), а также задать соответствующее количество разрядов и интервалы между ними для полной оценки чувствительности кристаллов к электростатическому разряду.

Кроме того, параметры разрядной емкости и разрядного сопротивления оборудования разработаны в строгом соответствии со стандартными требованиями HBM и MM. Разрядная емкость 100 пФ ± 10% и разрядное сопротивление 1500 Ом ± 10% в режиме HBM, а также разрядная емкость 200 пФ ± 10% и разрядное сопротивление 0 Ом ± 10% в режиме MM могут точно имитировать характеристики электростатического разряда двух моделей разряда, гарантируя, что результаты испытаний имеют высокую точность и эталонное значение. В то же время, широкий диапазон входной мощности системы (переменный ток 100 ~ 240 В) оборудования позволяет ему нормально работать в условиях электросетей разных стран и регионов, что повышает универсальность оборудования; диапазон температур 15 ° C ~ 35 ° C и диапазон влажности 10 % ~ 75 % также соответствуют условиям окружающей среды большинства испытательных лабораторий полупроводников, что облегчает установку и использование оборудования.

Стоит отметить, что LISUN ESD-883D Симулятор электростатического разряда (HBM/MM) также обладает хорошей расширяемостью. Он может использовать один и тот же хост с имитатором электростатического разряда полупроводников ESD – CDM Charged Device Model (CDM), образуя комплексную испытательную систему (модель: ESD – 883D/ESD – CDM), которая может одновременно тестировать три модели разряда (HBM, MM и CDM). Такая конструкция не только экономит затраты на приобретение оборудования и пространство, занимаемое лабораторией, но и обеспечивает удобство проведения испытаний на электростатическую восприимчивость CDM в будущем, что дополнительно повышает экономическую эффективность и эксплуатационную ценность оборудования.

6. Применение LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) при испытании полупроводниковых приборов
Благодаря превосходной производительности и гибкой настройке, LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) широко используется при испытаниях на восприимчивость к электростатическому разряду различных полупроводниковых приборов, таких как светодиодные чипы, транзисторы и ИС, обеспечивая надежную поддержку контроля качества и повышения надежности полупроводниковых приборов.

6.1 Применение при тестировании светодиодных чипов
Светодиодные чипы являются ключевыми устройствами в области полупроводникового освещения и отображения информации, поэтому их производительность и надежность напрямую влияют на качество конечной продукции. В процессе производства светодиодных чипов, от изготовления пластин и резки до тестирования упаковки, они могут подвергаться воздействию электростатического разряда. LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) может проводить испытания светодиодных чипов на восприимчивость к электростатическому разряду HBM и MM в соответствии с действующими стандартами.

Во время испытания светодиодный чип закрепляется на специальном испытательном стенде. В соответствии со стандартом испытания и спецификациями чипа, в режиме HBM устанавливается соответствующее выходное напряжение (например, 1 кВ, 2 кВ, 5 кВ, 8 кВ и т. д.) и количество разрядов, после чего оборудование запускается для испытания разрядом. После завершения испытания измеряются фотоэлектрические параметры светодиодного чипа (такие как сила света, световой поток, прямое напряжение, обратный ток утечки и т. д.), чтобы оценить изменение характеристик чипа под действием электростатического разряда HBM. Если нет очевидных изменений фотоэлектрических параметров чипа, это означает, что он может выдержать электростатический разряд HBM данного уровня напряжения; если параметры значительно ухудшаются или чип не может нормально излучать свет, это указывает на то, что восприимчивость чипа к электростатическому разряду HBM не соответствует требованиям.

Аналогично, в режиме ММ, в соответствии с требованиями испытаний устанавливаются различные выходные напряжения, такие как 100 В, 300 В, 500 В и 800 В, для проведения испытаний светодиодных кристаллов на электростатический разряд и определения их характеристик. Этот метод испытаний позволяет эффективно отсеивать светодиодные кристаллы с высокой электростатической чувствительностью, предотвращая попадание некачественной продукции на последующий этап упаковки, тем самым обеспечивая надежность и срок службы конечных изделий, таких как светодиодные лампы и экраны.

6.2 Применение при тестировании транзисторов
Транзисторы, являясь основными коммутационными и усилительными компонентами электронных схем, широко используются в компьютерах, коммуникационном оборудовании, бытовой электронике и других областях. Структура транзисторов отличается высокой точностью, а их ключевые элементы, такие как PN-переходы, чрезвычайно чувствительны к электростатическому разряду. Под воздействием электростатического разряда могут возникнуть такие неисправности, как пробой PN-перехода и обрыв базы, что приводит к потере транзисторами своей нормальной работы. Поэтому крайне важно проводить испытания транзисторов на устойчивость к электростатическому разряду методами HBM и MM.

При использовании LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) для тестирования транзисторов. В зависимости от типа транзистора (NPN, PNP, MOSFET и т. д.) и стандарта тестирования следует выбирать соответствующие испытательные выводы (база, эмиттер, коллектор). Например, при тестировании NPN-транзистора в режиме HBM разрядный электрод обычно подключается к базе транзистора, эмиттер и коллектор заземляются, а затем для тестирования устанавливаются соответствующее выходное напряжение и количество разрядов. После завершения тестирования используется тестер характеристик транзистора для определения параметров транзистора, таких как коэффициент усиления по току (β), обратное пробивное напряжение (BVCEO, BVCBO и т. д.) и ток утечки (ICBO, IEBO и т. д.), чтобы оценить работу транзистора после электростатического разряда.

Полевые транзисторы, такие как МОП-транзисторы, из-за очень тонкого оксидного слоя затвора более чувствительны к статическому электричеству. Поэтому следует более тщательно выбирать испытательное напряжение и метод разряда во время испытаний. Высокоточное управление напряжением и стабильные характеристики разряда LISUN ESD – 883D обеспечивает точный контроль энергии разряда во время испытания, предотвращает дополнительные повреждения МОП-транзистора, вызванные неправильными испытаниями, и точно оценивает его устойчивость к электростатическому разряду. Проведение комплексных испытаний транзисторов на устойчивость к электростатическому разряду методами HBM и MM позволяет повысить стабильность качества транзисторных изделий и снизить количество отказов электронного оборудования, вызванных электростатическим разрядом.

6.3 Применение при тестировании ИС
Интегральные схемы (ИС) являются основной продукцией полупроводниковой промышленности, характеризуясь высокой степенью интеграции, сложными функциями и точной внутренней структурой. Они содержат большое количество компонентов, таких как транзисторы, резисторы и конденсаторы. Повреждение любого компонента электростатическим разрядом может привести к выходу из строя всей микросхемы. Поэтому испытания микросхем на устойчивость к электростатическому разряду являются ключевым звеном в процессе контроля их качества.

LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) может проводить испытания восприимчивости HBM и MM к электростатическому разряду на различных микросхемах (таких как микропроцессоры, блоки памяти, датчики, микросхемы управления питанием и т. д.) в соответствии со стандартами, такими как AEC – Q100 – 002, AEC – Q100 – 003 и MIL – STD – 883 Method 3015. Перед испытанием необходимо составить подробный план испытаний в соответствии с определением выводов микросхемы и стандартом испытаний, а также определить выводы (такие как выводы питания, сигнальные выводы, выводы заземления и т. д.), которые необходимо подвергнуть испытанию на разряд, и соответствующие уровни напряжения разряда.

Во время испытания микросхема устанавливается в испытательный разъём, соответствующий стандарту, и специальный разрядный зонд используется для контакта с указанными контактами для разряда электростатического заряда в соответствии с заданными параметрами. После завершения испытания система испытания микросхем используется для проведения комплексного тестирования различных функций микросхемы, таких как тестирование логических функций, тестирование временных характеристик и тестирование электрических параметров, чтобы оценить, может ли микросхема нормально функционировать после электростатического разряда. Микросхемы, используемые в автомобильной электронике, из-за более жёстких условий эксплуатации и более высоких требований к стойкости к электростатическому разряду, обычно должны проходить более строгие испытания HBM и MM в соответствии со стандартом AEC – Q100. LISUN ESD – 883D может соответствовать высоким стандартам испытаний и обеспечивать надежную поддержку контроля качества автомобильных электронных микросхем.

Благодаря применению в тестировании полупроводниковых приборов, таких как светодиодные чипы, транзисторы и микросхемы, LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) помогает предприятиям полупроводниковой промышленности эффективно выявлять проблемы чувствительности устройств к электростатическому электричеству, оптимизировать процессы проектирования и производства продукции, улучшать возможности электростатической защиты продукции, снижать риск выхода продукции из строя при ее рыночном применении и способствовать качественному развитию полупроводниковой промышленности.

7. Выводы и перспективы
7.1 Выводы
В качестве испытательного оборудования, специально разработанного для модели человеческого тела (HBM) и модели машины (MM), LISUN ESD-883D Имитатор электростатического разряда (HBM/MM) Оборудование продемонстрировало превосходные результаты в области испытаний полупроводниковых приборов на устойчивость к электростатическому разряду. Данное оборудование строго соответствует ряду международных и национальных стандартов, соответствует самым строгим требованиям к электростатическому напряжению, предъявляемым к различным стандартам, и гарантирует точность и универсальность результатов испытаний. Удобный интерфейс, высокая точность и стабильность выходных характеристик, комплексный механизм защиты, интеллектуальная функция самодиагностики и высокая экономическая эффективность делают его идеальным выбором для предприятий, занимающихся производством полупроводников, научно-исследовательских и опытно-конструкторских организаций и испытательных лабораторий для проведения испытаний на устойчивость к электростатическому разряду.

На практике это оборудование позволяет эффективно проводить испытания на чувствительность к электростатическому разряду (ЭСР) различных полупроводниковых приборов, таких как светодиодные кристаллы, транзисторы и микросхемы. Это помогает предприятиям отбирать некачественную продукцию, оптимизировать процессы проектирования и производства, значительно повышать качество и надежность полупроводниковых приборов, снижать экономические потери, вызванные электростатическим разрядом, и имеет большое значение для содействия здоровому развитию полупроводниковой промышленности.