Đảm bảo độ tin cậy của IC: Tại sao ESD-883D Phần mềm mô phỏng HBM/MM rất cần thiết cho nghiên cứu và phát triển chất bán dẫn.

Trong toàn bộ quy trình nghiên cứu và phát triển, đóng gói, sản xuất, vận chuyển và lắp ráp thiết bị bán dẫn, phóng điện tĩnh điện là nguyên nhân chính gây ra các lỗi tiềm ẩn trên chip. Các xung tĩnh điện có thể được tạo ra do tiếp xúc của con người, tiếp xúc với thiết bị tự động và ma sát vật liệu. Ngay cả khi không có hiện tượng phóng điện nhìn thấy được, hư hỏng không thể phục hồi vẫn có thể xảy ra đối với lớp oxit cổng chip và các mối nối PN. Những hư hỏng như vậy hiếm khi dẫn đến hỏng hóc hoàn toàn thiết bị ngay lập tức; thay vào đó, các khuyết tật tiềm ẩn được hình thành, gây ra các lỗi chức năng ngẫu nhiên trong quá trình lắp đặt và vận hành của người dùng cuối sau này, mang lại rủi ro chất lượng đáng kể cho sản phẩm hoàn thiện. Để đánh giá khả năng chịu đựng tĩnh điện trước khi giao linh kiện, thiết bị mô phỏng ESD HBM/MM cho IC đã trở thành thiết bị thử nghiệm không thể thiếu trong các phòng thí nghiệm độ tin cậy bán dẫn. Bài báo này tập trung vào... LISUN Bộ tạo xung tĩnh điện ESD-883D HBM/MM, minh họa nguyên lý hoạt động, các tính năng phần cứng, sự tuân thủ tiêu chuẩn và các kịch bản ứng dụng công nghiệp của bộ mô phỏng xung tĩnh điện HBM/MM dành cho IC. 

Nguyên lý cơ bản và vị trí đặt thiết bị của bộ mô phỏng ESD HBM/MM cho IC
Máy phát phóng tĩnh điện bán dẫn ESD-883D là thiết bị kiểm tra khả năng chống tĩnh điện có độ chính xác cao được thiết kế bởi LISUN Thiết bị này được thiết kế đặc biệt cho các linh kiện bán dẫn như chip, điốt, bóng bán dẫn và mô-đun IC. Chức năng cốt lõi của nó là mô phỏng hai mô hình ESD phổ biến xảy ra trong quá trình sản xuất, vận chuyển và lắp ráp bán dẫn: Mô hình Cơ thể Người (HBM) và Mô hình Máy (MM). Thông qua việc tiêm xung điện áp cao tiêu chuẩn, nó đánh giá giới hạn chịu đựng sốc tĩnh điện của các thiết bị bán dẫn, phát hiện trước các lỗi tiềm ẩn bao gồm sự cố cổng và hư hỏng mối nối PN do ứng suất tĩnh điện gây ra, và cung cấp bằng chứng thử nghiệm quan trọng cho thiết kế độ tin cậy và kiểm tra chất lượng đầu ra của các linh kiện bán dẫn. Là một thiết bị mô phỏng ESD HBM/MM chính thống cho IC, thiết bị này khác với các máy phát ESD cấp hệ thống tuân thủ IEC 61000-4-2 để thử nghiệm sản phẩm hoàn thiện. Nó được dành riêng cho việc kiểm tra ứng suất chip ở cấp độ linh kiện và tái tạo chính xác các dạng sóng phóng điện được xác định bởi các tiêu chuẩn JEDEC, IEC và MIL-STD-883.

Mô hình HBM mô phỏng sự phóng điện tĩnh điện khi ngón tay người tích điện chạm vào các chân chip, tái tạo các điều kiện thực tế khi người vận hành xử lý các linh kiện bên trong các xưởng sản xuất. Mô hình MM mô phỏng sự phóng điện từ các thiết bị tự động bằng kim loại tích điện như máy gắp đặt và trạm dò tiếp xúc với chip. Vòng phóng điện MM hầu như không có điện trở nối tiếp và tạo ra dòng phóng điện đỉnh cao hơn, gây ra tác động phá hoại mạnh hơn đối với các thiết bị bán dẫn. Bộ mô phỏng ESD HBM/MM cho IC tái tạo các mạch tương đương của cả hai mô hình thông qua các mạng điện dung-điện trở bên trong. Các xung điện áp cao với các mức độ khác nhau được áp dụng cho các chân của thiết bị cần kiểm tra. Các phép đo hiệu suất điện sau khi chịu tải giúp đánh giá xem thiết bị có bị hư hỏng hay không, xác định mức độ nhạy cảm ESD của linh kiện và cung cấp dữ liệu thử nghiệm để tối ưu hóa lặp đi lặp lại các mạch bảo vệ ESD trên chip.

ESD-883D Máy kiểm tra IC phóng điện tĩnh điện (ESD)

Cấu hình phần cứng và các thông số kỹ thuật chính của bộ mô phỏng ESD-883D HBM/MM dành cho IC
Với kiến ​​trúc mạch mô-đun, ESD-883D hỗ trợ chuyển đổi một chạm giữa chế độ kiểm tra HBM và MM và tích hợp hệ thống phản hồi điện áp độ chính xác cao với sai số điện áp xả trong phạm vi ±3%. Vỏ chống bụi và chống ăn mòn cho phép triển khai trong môi trường phòng sạch bán dẫn Class 1000. Màn hình cảm ứng Android song ngữ Trung-Anh đóng vai trò là giao diện người-máy, cho phép thiết lập trước các mức kiểm tra tiêu chuẩn như HBM 2 kV, 4 kV và 8 kV. Các công cụ tương thích bao gồm các phụ kiện gói TO và đồ gá kiểm tra SMD, bao gồm các thiết bị bán dẫn với các loại gói DIP, SOP, QFP và các loại gói khác mà không cần thay thế phụ kiện thường xuyên. Các thông số kỹ thuật chính được liệt kê trong bảng bên dưới.

Bộ mô phỏng ESD HBM/MM dành cho IC này có khả năng mở rộng. Mô-đun ESD-CDM tùy chọn có thể nâng cấp nền tảng để hỗ trợ thử nghiệm ba trong một HBM/MM/CDM, bao gồm ba mô hình ESD cấp linh kiện chính để đáp ứng các yêu cầu xác thực độ tin cậy bán dẫn nghiêm ngặt. Các thông số mạch phần cứng hoàn toàn tuân thủ các yêu cầu mạch HBM và MM được định nghĩa bởi GB/T 4937.26-2023, GB/T 4937.27-2023, IEC 60749-26, IEC 60749-27, ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024 và AEC-Q100, đảm bảo tuân thủ dạng sóng và cho phép gửi dữ liệu thử nghiệm để chứng nhận sản phẩm.

Quy trình kiểm tra và logic tiêu chí lỗi cho bộ mô phỏng ESD HBM/MM dành cho IC
Khi thực hiện các thử nghiệm HBM và MM với ESD-883D, thiết bị bán dẫn cần thử nghiệm phải được gắn trên các giá đỡ chuyên dụng và việc kết nối chân cắm phải được hoàn thành theo các yêu cầu tiêu chuẩn. Các điều kiện thử nghiệm bao gồm điện áp phóng, cực tính, số lần phóng và khoảng thời gian phóng được cấu hình. Thử nghiệm thường áp dụng chiến lược tăng điện áp: các xung tĩnh điện được áp dụng với mức điện áp tăng dần. Các thử nghiệm tham số DC và xác minh chức năng được thực hiện sau mỗi chu trình chịu tải. Dòng rò tăng, rối loạn chức năng hoặc lỗi giao tiếp cho thấy thiết bị đã đạt đến giới hạn chịu đựng tĩnh điện của nó.

Các lỗi chip được phân loại thành lỗi nghiêm trọng và lỗi tiềm ẩn. Lỗi nghiêm trọng biểu hiện dưới dạng hở mạch hoặc ngắn mạch trực tiếp với các thông số điện hoàn toàn bất thường. Lỗi tiềm ẩn biểu hiện dưới dạng trôi lệch thông số trong khi thiết bị vẫn hoạt động, nhưng độ tin cậy bị suy giảm nghiêm trọng và có thể xảy ra hỏng hóc hoàn toàn dưới các tác động tiếp theo như chu kỳ nhiệt độ hoặc rung động. Giá trị của Bộ mô phỏng ESD HBM/MM cho IC nằm ở việc phát hiện các khuyết tật tiềm ẩn bắt nguồn từ quá trình nghiên cứu và phát triển cũng như sản xuất thông qua ứng suất tĩnh điện tiêu chuẩn. Trong quá trình nghiên cứu và phát triển, kết quả thử nghiệm hướng dẫn việc tối ưu hóa các điốt bảo vệ ESD trên chip và các mạch kẹp. Các nhà sản xuất bao bì sử dụng các thử nghiệm lấy mẫu để đánh giá xem các quy trình đóng gói và hàn dây có làm suy giảm hiệu suất miễn nhiễm ESD của linh kiện hay không.

Giá trị ứng dụng thực tiễn của ESD-883D trong toàn bộ chuỗi ngành công nghiệp bán dẫn.
Ở giai đoạn nghiên cứu và phát triển thiết kế chip, phần mềm mô phỏng ESD HBM/MM dành cho IC được sử dụng để kiểm tra độ tin cậy của MCU, IC quản lý nguồn, chip RF cũng như các thiết bị bán dẫn băng thông rộng SiC và GaN. Các kỹ sư thiết kế tận dụng thử nghiệm HBM và MM để xác minh hiệu suất mạch bảo vệ, xác định mức độ nhạy cảm ESD của linh kiện và tối ưu hóa bố cục chip cũng như các thông số thiết bị bảo vệ, tránh việc thiết kế lại tốn kém do độ bền ESD không đủ sau khi sản xuất chip.

Trong các nhà máy đóng gói bán dẫn, thiết bị ESD-883D hỗ trợ kiểm tra mẫu đầu ra cho các linh kiện đóng gói bao gồm DIP, SOP, QFP và các loại bao bì khác. Việc lấy mẫu hàng loạt giám sát sự suy giảm hiệu suất thiết bị do sự thay đổi trong quy trình sản xuất và đảm bảo sản phẩm xuất xưởng tuân thủ các thông số kỹ thuật JEDEC. Bán dẫn ô tô phải đối mặt với các yêu cầu nghiêm ngặt về độ tin cậy tĩnh điện. MCU cấp xe, chip radar sóng milimét và IC điều khiển cổng IGBT phải hoàn thành thử nghiệm HBM và MM theo tiêu chuẩn AEC-Q100. Bộ mô phỏng ESD HBM/MM cho IC tái tạo các cú sốc tĩnh điện xảy ra trong quá trình lắp ráp và giảm thiểu các nguy cơ an toàn như hiện tượng mất tín hiệu trên bảng điều khiển và báo cáo sai tín hiệu ADAS do hư hỏng tĩnh điện đối với các hệ thống trên xe. Chip quân sự và hàng không vũ trụ cũng dựa vào thiết bị này để xác thực ESD nghiêm ngặt theo phương pháp MIL-STD-883 3015 và GJB 548B-2020.

Các phòng thí nghiệm kiểm định bên thứ ba tiến hành các bài kiểm tra tuân thủ theo tiêu chuẩn ESD-883D và cung cấp các báo cáo kiểm tra có thể truy xuất nguồn gốc theo tiêu chuẩn CNAS, hỗ trợ các chứng nhận CE, UL và các chứng nhận tiếp cận thị trường quốc tế khác. Việc hiệu chuẩn thiết bị định kỳ đáp ứng các yêu cầu về thiết bị để được công nhận theo tiêu chuẩn ISO 17025 và là nền tảng cho việc phát triển năng lực của phòng thí nghiệm. Đối với các ứng dụng điện tử tiêu dùng, các SoC, chip Bluetooth và MCU nhà thông minh cũng được đánh giá độ nhạy ESD trên thiết bị mô phỏng ESD HBM/MM dành cho IC để giảm tỷ lệ lỗi sau bán hàng như sự cố hệ thống và hư hỏng phần cứng trong sản phẩm cuối cùng.

Kết luận
Hư hỏng do tĩnh điện gây ra là một rủi ro đáng kể đối với độ tin cậy của các thiết bị bán dẫn. Nhiều lỗi chip ở giai đoạn đầu bắt nguồn từ ứng suất tĩnh điện gặp phải trong quá trình thiết kế, đóng gói và lắp ráp. Được thể hiện bởi ESD-883D, bộ mô phỏng ESD HBM/MM cho IC thực hiện đầy đủ việc mô phỏng phóng điện tĩnh điện HBM và MM ở cấp độ linh kiện và tuân thủ các tiêu chuẩn kiểm tra ESD bán dẫn toàn cầu. Nó bao gồm toàn bộ quy trình làm việc từ thiết kế chip, đóng gói, kiểm định tiêu chuẩn ô tô và quân sự, cũng như chứng nhận của bên thứ ba. Kiểm tra ứng suất tiêu chuẩn hóa bằng cách sử dụng... Bộ mô phỏng ESD HBM/MM cho IC Công cụ này giúp xác định trước các điểm yếu về ESD, tối ưu hóa các phương án bảo vệ và sàng lọc các linh kiện bị lỗi, giảm xác suất hỏng hóc sản phẩm cuối cùng ngay từ nguồn gốc và cung cấp sự đảm bảo kiểm thử vững chắc cho sản xuất hàng loạt và triển khai thị trường các thiết bị bán dẫn. Được thúc đẩy bởi sự tăng trưởng nhanh chóng của các chất bán dẫn có dải năng lượng rộng và chip ô tô, nhu cầu kiểm thử ESD ở cấp độ linh kiện ngày càng tăng, khiến Bộ mô phỏng ESD HBM/MM cho IC trở thành cơ sở hạ tầng cốt lõi trong các phòng thí nghiệm độ tin cậy bán dẫn.