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ESD培训系列之静电敏感等级介绍.ppt

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ESD 培训 系列 静电 敏感 等级 介绍
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防静电材料物品量测与静电敏感等级测试介绍,ESD培训系列教材之,QC2010.08,教材大纲,一、防静电材料物品时效性检验二、静电敏感等级测试介绍1.静电放电模型2.设备的ESD实验3.SSD料件的静电敏感等级测试,防静电材料物品时效性检验,防静电材料物品技术性能与管理检查项目:,静电放电模型,一、人体放电模型(HBM,Human Body Model )1)理论介绍:这个测试模型表示放电从人体的指尖传到器件上的导电管脚,该模型通过一个开关组件,将充了电的100pF电容器,在待测器件和与之相串联的一个1500Ω电阻上放电。放电本身是有2~10ns上升时间,和大约150ns脉冲宽度的双重指数信号波形。使用1500Ω串联电阻,意味着这个模型接近一个电流源。所有的器件都应该视为HBM敏感器件。2)电路图及示意图:,静电放电模型,二、机器放电模型(MM,Machine Model )1)理论介绍:机器模型的损害主要来源,是能量迅速地从一个带电的导体传输到器件的导电管脚。这个放电模型是200pF电容直接对500nH电感放电,没有串联电阻。由於缺乏限制电流的串联电阻器,这个模型接近一个电压源。在现实中这个模型代表了物体之间的迅速放电,譬如带电的电路板装置,带电的线缆或一个自动测试的传导手臂。放电本身是具有5~8ns上升时间和大约80ns周期的正弦衰减波形。2)电路图:,静电放电模型,三、充电器件模型(CDM,Charged-Device Model )1)理论介绍:带电器件模型损害的主要来源是能量从一个带电器件迅速的释放。静电放电完全与器件相关,但器件零电位面的相对距离,却能影响实际的失效水平。该模型假定,当带电器件的导电管脚与具有较低电位的导体平面接触时,会发生迅速的放电。信号波形的上升时间经常小於200μs,整个放电过程可能发生在少於2.0ns的时间里。2)电路图:,ANSI/ESD STM5.1-2007介绍,美国国家标准ANSI/ESD STM5.1是国际通用的元件HBM模型静电放电敏感度测试标准。一、HBM模型静电放电敏感度等级分类:,二、必须的设备1)人体模型静电放电测试器ESD测试设备是一个符合标准要求的组合设备。。2)波形验证设备设备能够验证本标准中脉冲波形,包括:一个示波器、二个评估负载、和一个电流感测器。,ANSI/ESD STM5.1-2007介绍,三、设备和波形要求6.1 设备校准按照国家标准对全部的测试设备作校准,包括示波器、电流感测器和高压电阻负载,最大的校准间隔时间为一年。6.2 测试器审查和再审查HBM? ESD 测试器的最初审查,应该按照交货或第一次使用时的标准进行审查。HBM? ESD测试器的再审查,应该按照制造者的建议执行,再审查测试的最大间隔时间是一年。PS:修理或者维护之後可能影响波形, 此时需要对测试仪器作校正。6.3 测试器波形记录新设备在最初审查时,需要对正、负极性的波形作记录,ANSI/ESD STM5.1-2007介绍,四、零件敏感等级测试要求和程式1)静电敏感等级测试要求A.测试之前、之中、之後始终对DUT采取完全的ESD防护措施B.使用短路线在1000V或测试电压下对波形的完整性进行验证C.测试DUT在运转和非运转状态下的电性能参数D.确定所有可能的管脚组合,随DUT不同而不同,取决於同样名称的电源管脚的组合。2)静电敏感等级测试程式A.最少抽取3个测试样品,测定它们在运转和非运转状态下的电性能参数。B.确定测试起始电压与初始的管脚组合C.对元件施加一个正的和负的电流脉冲,脉冲之间允许最小为0.3秒的间隔,然後对所有其他的管脚组合重复这一过程。D.在室温下测试元件在运转与非运转状态下的电性能参数,如果3个元件的电性能参数均符合规格,则使用静电敏感等级中更高一级的电压重复以上测试步骤。E.如果有元件失效,则使用3个新的元件,使用一个较低的电压重做敏感度测试。如果此元件仍然失效,再减小测试电压级别作测试,直到测试电压为250V。,ANSI/ESD STM5.1-2007介绍,五、失效判定标准被测试的元件不符合规定的电性能参数。典型的IC零件示意图:1.对任意一个I/O管脚的可能的测试组合:,ANSI/ESD STM5.1-2007介绍,a.PS-模式:VSS脚接地,正的ESD电压出现在该I/O 脚对VSS脚放电,此时VDD与其他脚皆浮接; b.NS-模式:VSS脚接地,负的ESD电压出现在该I/O 脚对VSS脚放电,此时VDD与其他脚皆浮接; c.PD-模式:VDD脚接地,正的ESD电压出现在该I/O 脚对VDD脚放电,此时VSS与其他脚皆浮接; d.ND-模式:VDD脚接地,负的ESD电压出现在该I/O 脚对VDD脚放电,此时VDD与其他脚浮接。2.pin-to-pin放电可能的测试组合a.Positive-模式:正的ESD电压出现在某一I/O 脚, 此时所有其他I/O 脚皆一起接地,但所有的VDD脚 与VSS脚皆浮接; b.Negative-模式:负的ESD电压出现在某一I/O 脚, 此时所有其他I/O 脚皆一起接地,但所有的VDD脚 与VSS脚皆浮接。,ANSI/ESD STM5.1-2007介绍,3.VDD-to-VSS的可能放电模式a.Positive-模式:正的ESD电压出现在VDD脚, 此时VSS脚接地, 但所有I/O 脚皆浮接; b.Negative-模式:负的ESD电压出现在VDD脚, 此时VSS脚接地, 但所有I/O 脚皆浮接。 静电放电故障判断 常见的有下述三种方法 : 1?绝对漏电流:当IC被ESD测试後,其I/O脚的 漏电流超过1μA(或10μA)。漏电流会随所施加的偏压大小增加而增加.2?相对I-V漂移:当IC被ESD测试後,IC内部的I-V特性曲线漂移量在30% 。 3?功能观测法: 先把功能正常且符合规格之IC的每一支管脚依测试组合打上ESD测试电压,再 拿去测试其功能是否仍符合原来的规格。 对同一IC而言,用不同的故障判定准则,可能会有不同的静电敏感等级,因此ESD敏感等级要在有注明其故障判定准则条件之下,才显得有意义!,ANSI/ESD STM5.1-2007介绍,测试次数计算:假设一颗40pin的IC (38支I/O,1支VDD ,1支VSS),其人体放电模式(HBM)自1400V 测到2000V, 每次ESD电压增加量为100V的情形下,所要测试的次数:每一测试脚在变化ESD电压之下的Zap次数= (2000-1400)/ 100+ 1=7次;每一支I/O管脚的测试组合 = 4种,38支I/O管脚的总测试次数=38支×4 种×7次= 1064次;Pin-to-Pin 静电放电测试之次数=38支×2种×7次=532次;VDD-to-VSS静电放电测试之次数=1支×2种×7=14次;故该40脚位IC的ESD(1400~2000V)总测试次数=1610次。 由上述的简单估算可知,一具有40脚位的IC,只从1400V测到2000V,每一次电压调升100V,则要1610次的ESD放电测试。以上所谈的ESD测试次数是指HBM测试,若该IC也要做MM以及CDM的ESD测试,则还要再加上MM及CDM的ESD测试次数。,ANSI/ESD STM5.1-2007介绍,测试结果的判读:假设下表为某一个IC的静电敏感等级测试数据。,ANSI/ESD STM5.1-2007介绍,测试脚4是VDD,测 试脚17是VSS,其他为输入或输出脚。表中“OK”表示其ESD耐压超过8KV以上。对I/O脚有四种测试模式,先看第7脚,其ESD耐压分别为4250V(PD-模式),-500V(ND-模式),4000V(PS-模式),以及 -5750V(NS-模式),此第7脚的静电放电故障临界电压(ESD failure threshold)定义为其四种测试模式下的最低值,即此第7脚的ESD failure threshold为500V。再看第11脚,其ESD耐压分别为7250(PD-模式),超过8000V(ND-模式),7250(PS-模式),以及超过8000V(NS-模式),此第11脚的ESD failure threshold为7250V。依此类推,每一脚都有其ESD failure threshold。而此颗IC的ESD failure threshold定义为所有IC脚中ESD failure threshold最小的那个电压值,因此,该颗IC的ESD failure threshold仅为500V。在一批相同的IC中,要随机取样一些IC做ESD耐压测试,在每样测试中所挑 选的IC数目至少大於3颗。在这些ESD耐压测试的IC中,每一颗都可找出该颗IC的ESD failure threshold,可能每一颗之间的ESD failure threshold都不太相同,这时我们定义其中最低的ESD failure threshold为该批IC的ESD failure threshold。,THE END!,
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