Обеспечение надежности интегральных схем: почему это важно? ESD-883D Симулятор HBM/MM необходим для исследований и разработок в полупроводниковой отрасли.

На протяжении всего процесса разработки, упаковки, производства, транспортировки и сборки полупроводниковых устройств электростатический разряд является основной причиной скрытых отказов микросхем. Электростатические импульсы могут генерироваться при контакте человека, контакте с автоматизированным оборудованием и трении материалов. Даже без видимых явлений разряда могут происходить необратимые повреждения слоев затворного оксида и PN-переходов микросхем. Такие повреждения редко приводят к немедленному полному отказу устройства; вместо этого образуются скрытые дефекты, которые вызывают случайные функциональные сбои во время последующей установки и эксплуатации конечным пользователем, что создает существенные риски для качества готовой продукции. Для оценки устойчивости к электростатическому разряду до поставки компонентов симулятор электростатического разряда HBM/MM для ИС стал незаменимым испытательным оборудованием в лабораториях по оценке надежности полупроводниковых устройств. Данная статья посвящена... LISUN Генератор электростатического разряда ESD-883D HBM/MM для полупроводниковых микросхем, иллюстрирующий принцип работы, аппаратные особенности, соответствие стандартам и сценарии промышленного применения симулятора электростатического разряда HBM/MM для интегральных схем. 

Основной принцип и размещение оборудования в симуляторе электростатического разряда HBM/MM для интегральных схем
Полупроводниковый генератор электростатического разряда ESD-883D — это высокоточное устройство для проверки устойчивости к электростатическому разряду, разработанное компанией [название компании]. LISUN Этот прибор предназначен специально для полупроводниковых компонентов, таких как микросхемы, диоды, транзисторы и интегральные схемы. Его основная функция — моделирование двух распространенных моделей электростатического разряда (ЭСР), возникающих в процессе производства, транспортировки и сборки полупроводников: модели человеческого тела (HBM) и модели машины (MM). С помощью стандартизированной подачи высоковольтных импульсов он оценивает предел устойчивости полупроводниковых устройств к электростатическому разряду, заблаговременно выявляет скрытые неисправности, включая пробой затвора и повреждение PN-перехода, вызванные электростатическим напряжением, и предоставляет важные данные испытаний для проектирования надежности и контроля качества полупроводниковых компонентов. Как основной симулятор ЭСР HBM/MM для интегральных схем, этот прибор отличается от генераторов ЭСР системного уровня, соответствующих стандарту IEC 61000-4-2 для тестирования готовой продукции. Он предназначен для стресс-тестирования микросхем на уровне компонентов и строго воспроизводит формы разрядных сигналов, определенные стандартами JEDEC, IEC и MIL-STD-883.

Модель HBM имитирует электростатический разряд, возникающий при касании заряженным пальцем человека выводов микросхемы, воспроизводя реальные условия работы операторов с компонентами в производственных цехах. Модель MM имитирует разряд от заряженного металлического автоматизированного оборудования, такого как машины для установки компонентов и измерительные станции, контактирующие с микросхемами. В контуре разряда MM практически отсутствует последовательное сопротивление, что приводит к более высокому пиковому току разряда и, следовательно, к более разрушительному воздействию на полупроводниковые приборы. Симулятор ESD HBM/MM для ИС воспроизводит эквивалентные схемы обеих моделей с помощью внутренних емкостно-резистивных сетей. К выводам тестируемого устройства подаются высоковольтные импульсы с градуированным уровнем. Измерения электрических характеристик после воздействия помогают оценить, произошло ли повреждение устройства, определить уровни чувствительности компонентов к ESD и предоставить данные для итеративной оптимизации схем защиты от ESD на кристалле.

ESD-883D Электростатический разряд (ESD) IC тестер

Конфигурация оборудования и основные технические характеристики симулятора ESD-883D HBM/MM для интегральных схем
Благодаря модульной схемной архитектуре, ESD-883D поддерживает переключение между режимами тестирования HBM и MM одним нажатием кнопки и интегрирует высокоточную систему обратной связи по напряжению с погрешностью напряжения разряда в пределах ±3%. Пылезащитный и коррозионностойкий корпус позволяет использовать прибор в чистых помещениях класса 1000 для полупроводниковых приборов. Двуязычный сенсорный экран Android на китайском и английском языках служит в качестве человеко-машинного интерфейса, позволяя предварительно устанавливать стандартные уровни тестирования, такие как HBM 2 кВ, 4 кВ и 8 кВ. Совместимые инструменты включают приспособления для корпусов TO и тестовые стенды для SMD-компонентов, охватывающие полупроводниковые приборы в корпусах DIP, SOP, QFP и других типах корпусов без частой замены приспособлений. Основные технические характеристики приведены в таблице ниже.

Этот симулятор ESD HBM/MM для интегральных схем обладает расширяемыми возможностями. Дополнительный модуль ESD-CDM позволяет модернизировать платформу для поддержки трехкомпонентного тестирования HBM/MM/CDM, охватывающего три основные модели ESD на уровне компонентов, что соответствует строгим требованиям к проверке надежности полупроводниковых устройств. Параметры аппаратной схемы полностью соответствуют требованиям к схемам HBM и MM, определенным в стандартах GB/T 4937.26-2023, GB/T 4937.27-2023, IEC 60749-26, IEC 60749-27, ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024 и AEC-Q100, обеспечивая соответствие осциллограмм и позволяя предоставлять тестовые данные для сертификации продукции.

Процедура тестирования и логика критериев отказов для симулятора электростатического разряда HBM/MM для интегральных схем
При проведении испытаний HBM и MM с помощью ESD-883D полупроводниковое устройство должно быть установлено на специальных приспособлениях, а выводы должны быть подключены в соответствии со стандартными требованиями. Настраиваются условия испытаний, включая напряжение разряда, полярность, количество импульсов и интервал разряда. Как правило, используется стратегия повышения напряжения: подаются электростатические импульсы с постепенно увеличивающимися уровнями напряжения. После каждой последовательности испытаний выполняются параметрические испытания постоянного тока и функциональная проверка. Увеличение тока утечки, нарушение функциональности или сбой связи указывают на то, что устройство достигло предела электростатической устойчивости.

Отказы микросхем классифицируются на катастрофические и скрытые. Катастрофический отказ проявляется в виде прямого обрыва цепи или короткого замыкания с полностью ненормальными электрическими параметрами. Скрытый отказ проявляется в виде дрейфа параметров, при этом устройство остается работоспособным, но надежность значительно снижается, и полный пробой может произойти при последующем воздействии, таком как температурные циклы или вибрация. Ценность симулятора ESD HBM/MM для ИС заключается в выявлении скрытых дефектов, возникающих в ходе исследований и разработок и производства, посредством стандартизированного электростатического воздействия. В ходе исследований и разработок результаты испытаний помогают оптимизировать встроенные диоды защиты от электростатического разряда и схемы ограничения. Производители корпусов используют выборочные испытания для оценки того, ухудшают ли процессы корпуса и проволочного монтажа характеристики устойчивости компонентов к электростатическому разряду.

Практическая ценность применения ESD-883D в цепочке полупроводниковой промышленности
На этапе проектирования микросхем и научно-исследовательских работ симулятор HBM/MM ESD Simulator for IC используется для проверки надежности микроконтроллеров, микросхем управления питанием, радиочастотных чипов, а также широкозонных устройств на основе SiC и GaN. Инженеры-разработчики используют тестирование HBM и MM для проверки характеристик защитных цепей, определения уровней чувствительности компонентов к электростатическому разряду и оптимизации компоновки микросхемы и параметров защитных устройств, избегая дорогостоящей переработки, вызванной недостаточной устойчивостью к электростатическому разряду после выпуска микросхемы.

На предприятиях по упаковке полупроводников ESD-883D поддерживает выборочный контроль качества упакованных компонентов в корпусах DIP, SOP, QFP и других. Массовый отбор проб контролирует ухудшение характеристик устройств, вызванное вариациями производственного процесса, и гарантирует соответствие спецификациям JEDEC для отгружаемой продукции. В автомобильной полупроводниковой промышленности предъявляются строгие требования к электростатической надежности. Микроконтроллеры автомобильного класса, чипы миллиметровых радаров и микросхемы драйверов затвора IGBT должны пройти тестирование HBM и MM в соответствии со стандартом AEC-Q100. Симулятор ESD HBM/MM для микросхем воспроизводит электростатические разряды, возникающие во время сборки, и снижает риски для безопасности, такие как отключение приборной панели и искажение сигналов ADAS, вызванные электростатическим повреждением бортовых систем. В производстве микросхем для военной и аэрокосмической отраслей также используется это оборудование для тщательной проверки на устойчивость к электростатическому разряду в соответствии с методами MIL-STD-883 Method 3015 и GJB 548B-2020.

Сторонние испытательные лаборатории проводят испытания на соответствие стандарту ESD-883D и предоставляют отчеты об испытаниях, прослеживаемые до CNAS, что подтверждает соответствие стандартам CE, UL и другим международным сертификатам доступа на рынок. Периодическая калибровка приборов удовлетворяет требованиям аккредитации лабораторий по стандарту ISO 17025 и лежит в основе развития потенциала лаборатории. Для приложений потребительской электроники, SoC, микросхемы Bluetooth и микроконтроллеры для умного дома также проходят оценку чувствительности к электростатическому разряду на симуляторе ESD HBM/MM для ИС, чтобы снизить частоту отказов после продажи, таких как сбои системы и повреждение оборудования в конечной продукции.

Заключение
Электростатическое повреждение представляет собой существенный риск для надежности полупроводниковых устройств. Многие отказы микросхем на ранних стадиях происходят из-за электростатического напряжения, возникающего на этапах проектирования, упаковки и сборки. Симулятор электростатического разряда HBM/MM для интегральных схем, представленный ESD-883D, полностью реализует моделирование электростатического разряда HBM и MM на уровне компонентов и соответствует мировым стандартам тестирования электростатического разряда в полупроводниковой промышленности. Он охватывает полный рабочий процесс проектирования микросхем, упаковки, проверки на соответствие автомобильным и военным стандартам, а также сертификации сторонними организациями. Стандартизированное стресс-тестирование с использованием Симулятор ESD HBM/MM для интегральных схем Программа позволяет заблаговременно выявлять слабые места, подверженные электростатическому разряду (ESD), оптимизировать схемы защиты и проверять дефектные компоненты, снижая вероятность отказа конечного продукта на этапе производства и обеспечивая надежную гарантию качества тестирования для массового производства и вывода полупроводниковых устройств на рынок. В связи с быстрым ростом производства широкозонных полупроводников и автомобильных чипов, спрос на тестирование компонентов на предмет электростатического разряда постоянно растет, что делает симулятор ESD HBM/MM незаменимым инструментом для базовой инфраструктуры ИС в лабораториях по оценке надежности полупроводниковых устройств.