Mit ESD-Testgeräten für den Bau von statischen elektrischen Schutzwänden für Chips müssen die Auswahl von Testgeräten, die Umsetzung von Testmethoden, die Strategie der Optimierung des Schutzes und der systematische Aufbau von vier Ebenen des Systems vorangetrieben werden, die spezifischen Lösungen sind wie folgt:
Präzise Auswahl von ESD-Testgeräten, die das Kernprüfmodell abdecken
Der ESD-Schutz des Chips muss für verschiedene Entladungsmuster verifiziert werden und muss mit folgenden kritischen Testgeräten ausgestattet sein:
HBM-Testgeräte (menschliches Modell)
Simuliert den Entladungsprozess des menschlichen Körpers beim Berührung mit Chipstiften, der Testspannungsbereich deckt normalerweise 200V-8kV ab.
Kernfunktion: Überprüfung der Toleranz des Chips gegen statische Risiken, die durch menschliche Bedienung in der Produktion und Montage verursacht werden.
MM (Maschinenmodell) Tester
Die Entladung eines analogen Automatisierungsgerätes beim Aufladen des Kontaktchips hat eine schnellere Entladungsgeschwindigkeit und einen höheren Stromspitz.
Kernfunktion: Bewertung der antistatischen Fähigkeit des Chips in der Hochgeschwindigkeitsfirbindungslinie, insbesondere für Hochfrequenzbetriebsszenarien.
CDM (Charged Device Model) Tester
Simuliert die Entladung des Chips selbst, wenn er in Kontakt mit dem Erdungsleiter steht und spiegelt die statischen Risiken des Chips während des Transports und der Lagerung wider.
Kernfunktion: Ermittlung der elektrostatischen Dispersionseigenschaften von Chip-Verpackungsmaterialien und Isolationsdesign der inneren Schaltungen.
IEC 61000-4-2 Prüfsysteme
Unterstützt Luftentladung (±15kV) und Kontaktentladung (±8kV) zur Simulation von elektrostatischen Schlägen in realen Umgebungen.
Kernfunktion: Überprüfung der Störungsbeständigkeit des Chips in Endanwendungsszenarien.
Implementierung eines standardisierten Testprozesses und Quantifizierung des Schutzniveaus
Prüfvorbereitung
Der Chip muss unverkapplt oder verpackt sein (je nach Testziel) und sicherstellen, dass die Testumgebungstemperatur und -feuchtigkeit den Normen entsprechen.
Messung des Isolationswiderstands zwischen dem Chipstift und dem Boden mit einem hohen Blockmeter, um einen Anfangswert von > 1 GΩ zu gewährleisten und Leckage zu vermeiden.
Stufenweise Testen
Stufe 1: Beispielsweise im HBM-Modell werden die Funktionsparameter des Chips nach jeder Entladung von einer allmählichen Ansteuerung der Niederspannung bis zu einer Toleranzschwelle festgelegt.
Phase 2: Wenn der Chip Phase 1 durchläuft, werden MM- und CDM-Modelltests durchgeführt, die sich auf die Überwachung der transienten Stromwallenformen und der Temperaturänderungen innerhalb des Chips konzentrieren.
Stufe 3: Simulation von realen Szenarien mit dem IEC 61000-4-2 System, um die Stabilität des Chips unter kontinuierlichen elektrostatischen Schlägen zu überprüfen.
Fehleranalyse
Wenn der Chip während des Tests abweichend funktioniert, verwenden Sie die FIB-Geräte (Focus Ion Beam), um den Fehlerpunkt zu lokalisieren und in Kombination mit SEM physische Schäden wie Metallschichtschmelzen und Oxidschichtbrechen zu beobachten.
Fall: Ein MCU-Chip ist bei einem CDM-Test fehlgeschlagen und die Analyse ergab, dass die ESD-Schutzdiode zwischen seinem Stromstift und dem Boden gebrochen ist, da die Diodenfläche zu klein ist, was zu einer übermäßigen Stromdichte führt.
Optimierte Schutzkonstruktion basierend auf Testdaten
Upgrade der Schutzschaltung
TVS-Diodenwahl: Wählen Sie Geräte mit niedrigem dynamischen Widerstand basierend auf der im Test erfassten Spannung und Reaktionszeit.
Layout-Optimierung: ESD-Schutzgeräte in der Nähe von Chipstiften platzieren, um die Leitungslänge zu verkürzen, die parasitäre Induktion zu reduzieren und Hochfrequenzschwingungen zu vermeiden.
Material- und Prozessverbesserungen
Verpackungsmaterial: Mit einer besseren Leitfähigkeit EMV (Epoxid-Kunststoff), reduziert der Oberflächenwiderstand von 1012Ω auf 108Ω und beschleunigt die elektrostatische Ladungsentlastung.
Prozessverbesserung: Einführung der LDD-Struktur (Light Doped Leakage-Anode) in der Chipfertigung, um die ESD-Toleranz von MOSFET-Geräten zu verbessern.
Schutz auf Systemebene
Fügen Sie die gesamte Erdfläche in das PCB-Design hinzu, reduzieren Sie die Erdungsimpedanz durch mehrlöchige Verbindungen und bieten einen niedrigen Impedanzweg für den elektrostatischen Strom.
Hinzufügen eines Common-Mode-Stranglings an empfindliche Signalleitungen zur Unterdrückung des elektrostatischen Kopplungsgeräuschs.
4. Aufbau eines geschlossenen Schleifschutzsystems und kontinuierliches Iterationsupgrade
Produktionsliniensteuerung
Einsatz von Ionenbläsern in der Chipkapsulationslinie, um die Umgebungsstatik zu neutralisieren und den Chip mit einem antistatischen Umlaufkasten zu transportieren, um eine sekundäre statische Ansammlung zu vermeiden.
Der Bediener trägt ein antistatisches Armband und wird täglich durch einen integrierten Widerstandstester überprüft, um sicherzustellen, dass die Erdung effektiv ist.
Anpassung an Endanwendungen
Anpassung der Testspannungsklasse für verschiedene Anwendungsszenarien und Erhöhung der ESD-Prüfung bei hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit.
Bereitstellen Sie ein Schutzniveau-Etikett für den Chip, um Kunden zur vernünftigen Verwendung zu führen.
Datengetriebene Iterationen
Erstellen Sie eine ESD-Testdatenbank, um Ausfallmuster und Verbesserungen verschiedener Batch-Chips aufzuzeichnen und potenzielle Risiken durch maschinelles Lernen-Algorithmen vorherzusagen.