На пути к стандартизации контактного CDM с низким импедансом

Примечание редактора: документ, на котором основана эта статья, был первоначально представлен на 41-м ежегодном симпозиуме EOS/ESD, где он был удостоен награды «Выдающийся доклад симпозиума» в 2020 году. Он перепечатан здесь с любезного разрешения EOS/ESD Association, Inc. .

Метод испытания модели заряженного устройства, индуцированного полем (CDM), стандартизированный в ANSI/ESDA/JEDEC JS-002 [1], широко используется для квалификации CDM интегральных схем. Поскольку для создания напряжения используется воздушная искра, амплитуда импульса варьируется от zap к zap [2]. Это изменение разряда становится все более значительным по мере уменьшения напряжения предварительного заряда Vpre [3].

Альтернативы на основе реле были предложены для устранения переменной воздушной искры [2], [4]. Такие системы «контактного CDM» (CCDM) основаны на пульсации линии передачи и используют коаксиальные кабели и реле сопротивлением 50 Ом. Было показано, что системы с сопротивлением 50 Ом генерируют импульсы гораздо шире, чем у JS-002, но лучшего согласования можно добиться, используя более низкие импедансы системы. В [3] были продемонстрированы системы CCDM с импедансами 50 Ом, 25 Ом и 11 Ом. Было высказано предположение, что система CCDM с сопротивлением 16,6 Ом обеспечит наиболее близкое соответствие JS-002 с точки зрения формы сигнала и генерируемых порогов тока отказа (Ifail).

В этой работе продемонстрирована контактная система CDM с низким сопротивлением 16,6 Ом (LICCDM). Эта система соответствует недавно опубликованной стандартной практике CCDM 5.3.3 [5]. Форма сигнала и порог Ifail, генерируемые во время нагрузки тестового чипа 32 нм, сравниваются с таковыми JS-002. Показано, что JS-002 выдает немонотонные пиковые токи (Ipeak) при низких значениях Vpre. LICCDM является монотонным и позволяет проводить испытания при низком напряжении с более высокой точностью. Показано, что LICCDM и JS-002 демонстрируют одинаковую зависимость Ipeak от эффективной емкости устройства Ceff. Предлагаются рекомендации по объединению JS-002 и LICCDM в будущем стандарте.

Упрощенная аппаратная схема LICCDM показана на рисунке 1. Зарядный кабель заряжается, а затем быстро разряжается через реле. Импульс линии передачи подается через фильтр времени нарастания на тестируемое устройство (ТУ) по коаксиальному кабелю, подключенному к штырю Pogo. Второй коаксиальный кабель подключается параллельно первому и передает передаваемый импульс на осциллограф. Между контактом Pogo и землей также подключен резистор сопротивлением 50 Ом. Таким образом, эффективный импеданс системы, видимый ИУ, составляет 50 Ом || 50 Ом || 50 Ом = 16,6 Ом. Ток смещения создает нагрузку на ИУ во время нарастающего фронта импульса. Оконечная нагрузка RC приводит к медленному затуханию заднего фронта падающего импульса, тем самым предотвращая возникновение двухполярной нагрузки на ИУ. Путем вычитания формы передаваемого напряжения из формы падающего сигнала и деления на импеданс системы можно определить ток через ИУ [3]. Пого-штифт контактирует с проверяемым устройством как до, так и после нагрузки; следовательно, единственная искра, которая возникает, возникает внутри реле.

Рисунок 1: Упрощенная аппаратная схема контактного CDM с низким импедансом (LICCDM). Два коаксиальных кабеля – один для подачи импульсов, а другой для измерения – подключаются к штырю Pogo вместе с шунтирующим резистором сопротивлением 50 Ом. Таким образом, эффективное сопротивление системы составляет 16,6 Ом.

Испытательная головка LICCDM используется в тестере Thermo Fisher Orion2. Формы сигналов, генерируемые при нагрузке на большой и малый модули проверки (монеты) как на JS-002, так и на LICCDM, показаны на рисунке 2. Поскольку эффективные модели RLC двух тестеров схожи, генерируемые формы сигналов очень похожи [3]. Vpre LICCDM, необходимый для получения заданного Ipeak, примерно в три раза больше, чем у JS-002. Это связано с тем, что LICCDM Vpre применяется к зарядному кабелю, а не непосредственно к полевой пластине (JS-002). Затем этот зарядный кабель Vpre разделяется по мере прохождения через сеть линии передачи таким образом, что фактическое напряжение на испытательной головке примерно равно Vpre, приложенному к полевой пластине JS-002.

Рисунок 2: Формы разряда от большого и малого модулей проверки. JS-002 принимается при напряжении 250 В, а напряжение LICCDM масштабируется в соответствии с пиковым током.