半导体器件 机械和气候试验方法 第28部分：静电放电（ESD）敏感度测试 充电模型（CDM） 器件级 征求意见稿

GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-21半导体器件机械和气候试验方法第28部分：静电放电(ESD)敏感度测试充电模型(CDM)器件级伤或退化,建立了器件和微型电路损伤或退化敏感度测试、评价、分级的程序。本文件适用于评价所有半导体封装器件、薄膜电路、声表面波（SAW）器件、光电器件、混合集成电路（HICs）及包括任意这些器件的多芯片组件（MCMs）。为进行测试，元器件应装配在与终端应用相似的测试机中。本CDM文件涉及的模型不适用于插座式放电模型测试机。本文件描述了场感应（FI）方法。另本文件的目的是建立一种能够复现CDM失效的测试方法,并为不同类型的器件提供可靠、可重复的CDMESD测试结果,且测试结果不因测试设备而改变。重复性数据可以保证CDMESD敏感度等级的准确划使用充电器件模型（CDM）来模拟现实中充电器件通过单引脚或端子向另一个低电位物体快速放电充电器件模型静电放电测试机CDME某种集成电路或分立半导体器件到CDM场板的电容，等于或低于该值时，如果满足规定的条件，则GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-282注：见图1。注：见图1。注：波形参数的规定见表1或表2。4.1.1通用要求图1展示了CDM测试机装置硬件原理图，假定该测试机装置使用阻性电试。被测器件可以是真实器件或者是附录A中描述的两个验证模块（金属圆片）之一。弹簧顶针应通过50Ω同轴电缆弹性顶针对地弹簧顶针\i地高压电源HV 充电电阻DUT绝缘介质开关K1 充电电阻场板在搭建测试设备时，应最小化充放电通路中的寄生参数，因为设备中的寄生RLC（电阻、电感、电对于现有的设备，建议在移除磁性组件时联系有资质的GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-234.1.2电流传感器元件4.1.3地板对于FR4材料，介质层厚度和厚度允差应为0.381mm±0.0254mm（0.015英尺±0.001英尺以产生表A.1中规定范围内的电容测量值（参考附录B中规定的电容测量）。4.1.5充电电阻可以使用超过100MΩ的电阻，但是这样可能会导致大封装器件在探针组件（参考5.9电之前未完全充电。可在CDM测试机编程软件中通过增加放电时延来克服这种影响。若使用超过100M4.2波形测量设备4.2.1通用要求4.2.3高带宽波形测量设备4.2.3.1高带宽示波器示波器或瞬态数字转换器最小实时（单次）3dB带宽至少为6GHz，采样率≥20GSa/s4.2.3.2衰减器GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-284注：用户可以选择使用更高带宽的示波器，采用硬件或软件滤波器的方式来产生等效于4.2.4.1中规定的带宽和采4.2.4.2衰减器4.3验证模块（金属圆片）大验证模块电容值为（55±5%）pF，小验证模块电容值为（6.8±5%）pF。关于验尺寸，见规范性附录A；关于电容的测量程序，见规范性如规范性附录B中所述，电容表分辨率0.2pF，测量精度3%，测量5测试机定期鉴定、波形记录、波形验证要求CDM测试机应按照5.5和5.6规定进行鉴定、重新鉴定和定期注1：介质层、地板（接地板）、同轴放电电阻（探头）、地板和场板间的距离，验证模块和放电触点（如弹簧顶5.2波形采集硬件5.3波形采集设置a)清洁验证模块。在测试之前和测试期间，应避免皮肤与模块的接触。推荐性程序见规范性附录A。b)使用酒精擦拭布擦净放电探头和放置器件的场充电板，除去可能导致电荷损失的表面沾污。GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-25a)将待使用的验证模块放到场板介质上，确保场板介质和验证模块的紧密接触。b)依据正在进行的测试条件，将场板的电位设置为所需电压。c)将接地顶针大致对准验证模块的中e)在正在验证的极性下，验证模块放电次数至少十f)在上述放电过程中观测至少十个连续波形，记录这组波形参数IP、Tr、半幅全宽（FWHM）和I应再次清洁验证模块和接地顶针，并检查所有链接点是否牢固，调整场板电压CDM测试系统，并提供了符合表2波形参数规定的两种调整场板电变化出现的漂移，而漂移可能表明系统存在更大的问题。有关示例，见遵循表2的规定的测试条件125至1000，采用正和负两个极性，对大和小模块两个验证模块，执行5.3的设置和5.4的波形采集步骤，并采用符合4.2.3.1中归定的高带宽示波器进行测量。有关程序流程GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-286在首次验收测试中，测试设备制造商应采用符合4.2.3.1规定的高带宽示波器进行初始波形采集。如果测试站点只有符合4.2.4.1规定的1GHz示波器，测试机制造商和终端用户应使用适当的带宽过滤技术，并与测试机制造商的示波器进行比较，以确认用户的示波器在季度和常规验收中采集到符合表1规注：许多示波器上的Bessel-Thomson软件滤波器选项是一个合适的高带宽波形滤波器，因为它与实际的1GHz示波5.6.1季度波形验证程序遵循表1的规范采用4.2.4.1中规定的1GHz示波器或遵循表2的规范采用4.2.3.1中规定的高带宽示波器，按测试条件125至1000，执行5.3的设置和5.4的波形采集步骤。应在正负两个极性下检查两个验证模块。如果可选，建议使用高带宽示波器。有关程序流程图的示例，见附5.6.2.1通用要求遵循表1（1GHz示波器）或表2（高带宽示波器）的规范中的测试条件500，在正负两个极性下，选5.6.2.2常规验证频率最初，在测试机鉴定或重新鉴定时，常规波形验证应至少每班完成一次。如果连续班次进行CDM应力测试，一个班次结束时的波形检查也可以作为下一个班次5.7波形特性IP）应符合表1中采用1GHz示波器条件下的规范和表2中采用高带宽示波器条件下的规范。如果采用高带宽示波器进行鉴定、季度和常规波形验证，则无需考虑1GH小大小大小大小大小大GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-27AA表2宽带(≥6GHz）示波器条件下CDM波形特性小大小大小大小大小大AA注：为了产生特定的峰值电流范围，测试条件中的电压值从125至1000进行了调整，这些电压值原先对应的分级测试电压分别为125V、250V、500V、750V和GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28876543210II//90%Ip//FWHMFWHM<10%Ip10%IpTr<<Ip2），IP，计算10个波形的平均IP。GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-29e)即使上述两个平均IP值匹配，超大封装器件（比大验证模全充电。由于器件封装技术差异很大，因此没有确切的维度f)为了确定超大封装的器件是否仍然需要充电延时，可以使用器件的接地引脚重复上述步此外，如果CDM测试机有活动部件，员工在操CDM测试之前、测试期间、测试之后及后期的电参数测试都要采取ESD在测试开始之前，CDM测试机探针和场板/介质层应当清洁干燥。可以定期使用浓度不低于70%的异在进行ESD应力测试前，应对所有提交的器件进行全面的静态和动态测试。参数和功能结果应在产经ESD应力测试后，应对所有的器件进行完整的静态和动态测试。如果参数和功能测试结果不在产品规格书的范围内，则将该器件判为失效。如果失效分析证明失效和CDMESD不相关，则可以忽略该失注1：静态泄漏（例如引脚泄漏、待机电流）的变化不足以确定通过/失败。它可以作为损+85℃)进行测试。a)除非另有规定，至少应获取三个已验证符合其产品规范的样本。GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28的最低电压等级并且器件在初始电压等级条件下失效，则应在下一个较低等级使用三个新器c)对于每个器件，每个引脚至少施加一次正极性和一次负极性放电。在放电之前留出足够的时本量至少为三个单位。引脚也可以划分为一个或多个样本集，确保器件的每个引脚至少是一产品的CDM测试程序应按各个公司的数据保存程序进行记录和存储。有关测试机波形参数的信息应产品CDM测试结果（包括封装信息）应当记录在报告中，并在产品可靠性报告中为采用特定工艺和设计流程的集成电路建立电容CSmall。对于电容低于CSmall的器件，不再需要进行CDM测试。电容低于CSmall且满足附录C要求的ICDS应视为达到CDM装类型。器件分级是至少三只ESD应力测试的器件样本通过其产品资料规定的全静态和动态测试后的最高ESD应力电压级别（正、负极性）。CDMESDS器件分级如VGB/T4937.28—XXXX/IEC60749-2GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28验证模块（金属圆片）规格及验证模块和测试机清洁指南A.1测试机验证模块和场板介质选择合适的场板介质（见4.1.4）以产生表A.1中规定范围内的小大A.2验证模块的保养为避免充电器件模型（CDM）评估过程中验证模块上的电荷损失，应使用当地安全组织的批准的异丙醇（2-丙醇，IPA）棉签对验证模块进行约20s的清洁，并在温和的气流中干燥以防止测试操作过程GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-2测试机场板介质上验证模块（金属圆片）的电a)应现场（CDM模拟器内部）测量验证模块的电容，也b)放置小验证模块在介质层上，该介质层与接地金属场板表面直接接触。确保模块和介质层之间没有空隙，介质层和金属场板之间也没有空隙。建议使用真空以保证验证模块紧紧贴合场d)将电容表（CP）的两根引线按以下方式连接：将CP的一根金属引线/电缆连接到个暴露点。将CP的第二根金属引线/电缆连接到验证模块的顶部（中心）。然后进行第二次测量，此时验证模块的引线/电缆刚好位于验证模块的上方，但不接触它。从第一次读数中减GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28定最小的封装尺寸或电容，因为CDM失效等级取决于多种变量，包括以下列出的——制造器件的工艺●具备先进低压工艺的低耐压薄栅极氧化物，如果没有采取适当的保护机制，则更易受到——器件的设计风格——关于从同一技术中考虑电路的要求，见附录封装的尺寸至少应是介质层或金属场板上真空孔的4倍，以较大者为准。如果封装尺寸小于真空孔——如果测试夹具使用与CDM测试机场板介质层相同的厚度和材料，那么可以将其单独用于电容为确保集成电路与介质层之间以及介质层与金属场板GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-2如果ICDS的衬底到CDM测试机场板的电容等于或小于CSmall，并且满足以下条件，则不需要对其进行——根据产品的工艺要求，ICDS通过了HBM测试。这表明预期的保护电路存在。750测试（分级C3b）。若满足以下条件，ICDS应被视为采用了相GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28本文件目标是通过发布一个单独的统一标准，改正之前标准缺陷的同时保留之前CDM标准中相似应6GHz或更快的示波器（如果有快速示波器）进行季度和常规●修改了测试机鉴定和验证程序，为获取要求的峰值电流，赋予了场板电压设置更多的灵现在这么普及，而且性能不如今天的示波器。导致先前标准中的原始波形比实际CDM事件特性中的半宽窄。为满足半峰值宽度的要求，通常需要在测试头中加铁氧体磁珠，使电流波形符合要求。随着4GHz到8GHz带宽示波器的普及，用1GHz示波器测量时发现，铁氧体磁珠只是简单地展宽了峰值宽度，却产生了意料之外的非期望的高频谐波。本文件的一个主要目的是去除CDM测试头中的铁氧体磁珠，并修改以前规定的1GHz示波器仅勉强能够捕获CDM事件别是对于小验证模块和小封装集成电路而言。准确的峰值电流测量需要测量链中6GHz或更高带宽示波器的应用，新的联合标准反映了CDM测试机鉴定的这一要求。以前认为1GHz示波器足以满足常规波形验证要求，该选项在新标准中仍然可用，但如果可选的话，推荐使用更高带宽示波器。行了调整，以便在CDM测试机软件中选择规定电压时获得所需的波形。这种调整是合理的，众所周知，损坏集成电路的是峰值电流，而不是场板电压。其结果是，当集成电路通过500V时，场板电压通常与方法中的峰值电流更高。这就是为获取所需由于CDM失效是CDM事件期间峰值电流造成的结果，因此对于特定的测试条件，不同的CDM测试机产生的试电压已被一系列能够产生与之前标准中类似的峰值电流的测试条件所GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-2图E.1展示了一个CDM测试机设置的电气模型。CDUT是DUT和场板之间示波器阻抗的并联组合。弹簧顶针和DUT之间形成的火花电阻假定是可变电阻。弹簧顶针和火花电感作1Ω的有效阻值电阻CFG弹性顶针与火花电感CDG火花电阻CDUT高压电源HV充电电阻GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28垂直200mV/div（小验证模块）或200mV/div（触发小验证模块300mV或大验证模块将20dB衰减器连接到示波器。将电缆连接到衰减器的末端和CDM测试机的电压输注：20dB衰减器是一个10倍衰减器。如果示GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-2泰克运行：5.00泰克运行：5.00GS/s采样触发？@:532mV CH1200mVΩM400psCh1292mV泰克运行泰克运行：5.00GS/s采样触发？△：1.068V@：1.068VM400psCh1r292mV200mVΩCH1GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28C2A3.68VV1-9.2mVV2C2A3.68VV1-9.2mVV27.946VΔV7.955VC22.0V/div50ΩBW：8.0G光标1Y位置-9.2mV光标2Y位置⑥7.95V400ps/div25.0GS/sIT2.0ps/pt运行高阻采集次数10RL:2.0kC2A3.68VV1-9.2mVV2C2A3.68VV1-9.2mVV210.506VΔV10.515VC22.0V/div50ΩBW：8.0G光标1Y位置-9.2mV光标2Y位置⑥10.51V400ps/div25.0GS/sIT2.0ps/pt运行高阻采集次数10RL:2.0kGB/T4937.28—XXXX/IEC60749-2单次正向和单次负向放电可以通过使用两个单独的放电来实现，按照以下步骤顺序产生如图G.1所b)将场板上的电压升高到规定的应力d)弹簧针继续下降，直到与被测器件引脚（PUT）物理接触，并确保电荷转移完全并提弹簧顶针弹簧顶针V场平面V）；单次正向和单次负向放电可以通过使用一对交替极性的放电来实现，按照以下步骤顺序产生如图GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28b)将场板上的电压升高到规定的应力等级来建立正向应力场电压。d)弹簧顶针继续下降直到接触到被测器件引脚（PUT确保电荷完全转移并提供一条对地导电），f)场板电压缓慢（阻性地）恢复到0V，完弹簧顶针弹簧顶针V场平面ICDM时间在弹簧顶针首次接触DUT时，场板（虚线表示V场板）处于高电压（+）；在弹簧顶V场板）处于零电位。GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-2H.1因子/偏移（Factor/Off——整个测试条件范围内使用单因子/偏移（Factor/Offset——每种极性可以使用不同的因子/偏移（Factor/Offset——大小两个验证模块应使用相同的因子/偏移（FaGB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28季度性鉴定流程记录每个TC记录每个TC条件的设定TC500测试条件开始<>是Ip、Tr、FWMH、Ip2,<>是否两种极性验证是否完成?以及每个极性的最否两种极性验证是否完成?放置大或小模块到系统放置大或小模块到系统上用类似H.3中所用表格否设定正极或负极结束是是大小两个模块验证是否完成?Ip的均值是否落在表1或表2定义的Ip的中间范围内，见否设定正极或负极结束是是大小两个模块验证是否完成?Ip的均值是否落在表1或表2定义的Ip的中间范围内，见注3输入软件电压(TC500=输入软件电压(TC500=500V)调整系统因子/偏移量，见注2记录Ip、Tr、FWMH与Ip2的均值否采用单次或者双次放电方法，并用合适的示波器记录10个连续波形将接地引脚对准验证模块将接地引脚对准验证模块采用单次或者双次放电方法，并用合适的示波器记录10个连续波形输入软件电压125V)输入软件电压250V)输入软件电压=750V)输入软件电压=1000V)调整系统因子/偏否采用单次或者双次放电方法，并用合适的示波器记录10个连续波形将接地引脚对准验证模块将接地引脚对准验证模块采用单次或者双次放电方法，并用合适的示波器记录10个连续波形输入软件电压125V)输入软件电压250V)输入软件电压=750V)输入软件电压=1000V)调整系统因子/偏移见注2记录Ip、Tr、FWMH值否否否否TC250是否采集到?或者因子/偏移量无变化TC750是否采集到?或者因子/偏移量无变化TC1000是否采集到?或者因子/偏移量无变化TC125是否采集到?或者因子/偏移量无变化Ip的均值是否落在表1或表2定义的Ip的中间范围内，见注1否GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-2常规流程放置大尺寸或小尺寸模块到系统上设定正极或负极输入已存档的软件电压将接地引脚对准验证模块采用单次或者双次放电方法，并用合适的示波器记录10个连续波形记录IpTrFWMH与Ip2放置大尺寸或小尺寸模块到系统上设定正极或负极输入已存档的软件电压将接地引脚对准验证模块采用单次或者双次放电方法，并用合适的示波器记录10个连续波形记录IpTrFWMH与Ip2的均值Ip的均值是否落在表1或表2定义的Ip的中间范围内,见注1否参考图H.1中的流程是大尺寸模块小尺寸模块是否完成使用类似H.3中所用表记录每个TC条件下的Ip、Tr、FWMH、Ip2，以及每个极性的软件电压结束否设定TC500测试条件开始否是两种极性验证完成？是GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28注1：将TC500的范围中值作为场板电压调整的起点。根据其他测试条件（TC125/250/750/1000）的结果，Ipeak可能最终高于或低于TC500的范围中值。如图H.3注2：为了正确校准系统，测试机制造商已经实施了一个二次“调整”参数，作为软件电压设置的偏移，可以表示在经过几次循环后，如果用户发现它们无法满足表1或表2中规定的Ipeak范围，或者因子/偏移超出响场板电压的值，并使用软件电压输入作为场板电压的主要调整手段。这种方法可以更准确地定位表1或表2中规定的IP范围的中点，但在五个测试条件之间确定正确的软件电压输入会产生复杂性。确定除五个测试条件级别以外的软件电压输入时（将在本程序中确定）将需要进行线性插值——为每个测试条件确定一个唯一的软件电压设置；——在每个测试条件下，大小两个验证模块应使用相同的软件电压设置；——在对五个测试条件外的级别进行测试时，需要线性插值/外推确定合适的软件电压输入。GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-2季度性鉴定流程设定TC500测试条件开始放置大或小模块到系统上两种极性否是设定正极或负极Ip的均值是否落在表1或表2定义的Ip的中间范围内？a否输入初始软件电压放置大或小模块到系统上两种极性否是设定正极或负极Ip的均值是否落在表1或表2定义的Ip的中间范围内？a否输入初始软件电压调整软件是使用类似H.3中所用表格记录每个TC条件下的Ip、Tr、FWMH、Ip2，以及对应于TC/极性下的最终软件电压设置结束否大模块小模块是否完成确认因子/偏移量设置成1/0记录Ip、Tr、FWMH、Ip2的均值将接地引脚对准验证模块将接地引脚对准验证模块是结束否大模块小模块是否完成确认因子/偏移量设置成1/0记录Ip、Tr、FWMH、Ip2的均值将接地引脚对准验证模块将接地引脚对准验证模块是采用单次或者双次放电方法，并用合适的示波器记录10个连续波形采用单次或者次放电方法，并用合适的示波器记录10个连续波形输入初始软件电压(输入初始软件电压(TC750=750V)输入初始软件电压(TC250=250V)输入初始软件电压(TC125=125V)调整软件输入初始软件电压(TC1000=1000V)否否否否否TC750是否采集到？TC250是否采集到？否否否否否TC750是否采集到？TC250是否采集到？是否采集到？1000是否采集Ip的均值是否落在表1或表2定义的Ip的中间见注1记录Ip、Tr、FWMH、Ip2的均值是是是是是是是是是是检查系统真空度或更换接地引脚。跟多信息，咨GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28常规流程放置大尺寸或小尺寸模块到系统上设定正极或负极输入已存档的软件电压将接地引脚对准验证模块采用单次或者双次放电方法，并用合适的示波器记录10个连续波形记录Ip、TrFWMH放置大尺寸或小尺寸模块到系统上设定正极或负极输入已存档的软件电压将接地引脚对准验证模块采用单次或者双次放电方法，并用合适的示波器记录10个连续波形记录Ip、TrFWMH与Ip2的均值Ip的均值是否落在表1或表2定义的Ip的中间范围内,见注1否参考图H.4中的流程是两种极性验证完成？大尺寸模块小尺寸模块是否完成使用类似H.3中所用表记录每个TC条件下的Ip、Tr、FWMH、Ip2，以及每个极性的软件电压结束否设定TC500测试条件开始否是是GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-2表H.1给出了使用因子/偏移（Factor/Offset）调整法时需要记录的CDM鉴定/季度验证波形参数的AA大小大小大小大小大小AA大小大小大小大小大小GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28c)将预充电延时增加50ms，收集10个波形并记录每个的IP），果使用了大验证模块）或特定大型封装器件所需的充电延时（如果使用了大封装器件作为数h)重要提示，更长延时不会造成器件“过度充电”，仅GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-2静电放电（ESD）敏感度测试直接接触充电器件模型（D注：本附录中所描述的方法并未被证实与本文件主体部分所附录J描述了静电放电测试方法直接接触充电器件模型（DC-场感应CDM模拟器的标准测试模块可以使用异丙醇超声波清洗约20小大件DUT，并且应能够保持零电位。绝缘片的厚度为0.4mm±0.04mm，在1GHz时相对介电常数4.0±0.5，GB/T4937.28—XXXX/IEC60749-28金属棒/板连接到零电位。金属棒/板的形状可以是圆柱状、方形立柱、圆片或方型板。金属棒/板用导线连接到地上（将导线连接到测试设备外壳的接地处）。测试设备可以通过改变金属棒/金属板的DUT开关金属棒DUT开关H.V.阻性材料R3阻性材料R3端子绝缘片金属板绝缘片H.V.H.V.阻性材料R3端子阻性材料R2开关——阻性材料R3端子阻性材料R2DUT文本DUT文本金属板绝缘片金属板a）金属棒的使用示例b）金属板和阻性材料R2的使用示例要通过导线连接到DUT的端子时，应在电源和端子之间串联一个能够承受测试电压的充电电