การรับประกันความน่าเชื่อถือของวงจรรวม: เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น ESD-883D เครื่องจำลอง HBM/MM เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการวิจัยและพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์

ตลอดกระบวนการทำงานทั้งหมดของการวิจัยและพัฒนา การบรรจุ การผลิต การขนส่ง และการประกอบอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตเป็นสาเหตุสำคัญของความล้มเหลวแฝงของชิป พัลส์ไฟฟ้าสถิตสามารถเกิดขึ้นได้จากการสัมผัสของมนุษย์ การสัมผัสของอุปกรณ์อัตโนมัติ และการเสียดสีของวัสดุ แม้จะไม่มีปรากฏการณ์การปล่อยประจุที่มองเห็นได้ ความเสียหายที่ไม่สามารถแก้ไขได้อาจเกิดขึ้นกับชั้นออกไซด์ของเกตชิปและจุดเชื่อมต่อ PN ความเสียหายดังกล่าวไม่ค่อยนำไปสู่ความล้มเหลวของอุปกรณ์โดยทันที แต่จะเกิดข้อบกพร่องแฝงขึ้น ซึ่งจะกระตุ้นให้เกิดความผิดพลาดในการทำงานแบบสุ่มในระหว่างการติดตั้งและการใช้งานของผู้ใช้ในภายหลัง ทำให้เกิดความเสี่ยงด้านคุณภาพอย่างมากต่อผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เพื่อประเมินความสามารถในการทนต่อไฟฟ้าสถิตก่อนส่งมอบชิ้นส่วน เครื่องจำลอง ESD HBM/MM สำหรับ IC จึงกลายเป็นอุปกรณ์ทดสอบที่ขาดไม่ได้ในห้องปฏิบัติการความน่าเชื่อถือของเซมิคอนดักเตอร์ บทความนี้มุ่งเน้นไปที่... LISUN เครื่องกำเนิด ESD-883D HBM/MM สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ แสดงให้เห็นถึงหลักการทำงาน คุณสมบัติของฮาร์ดแวร์ การปฏิบัติตามมาตรฐาน และสถานการณ์การใช้งานในอุตสาหกรรมของเครื่องจำลอง ESD HBM/MM สำหรับ IC 

หลักการพื้นฐานและการจัดวางอุปกรณ์ของเครื่องจำลอง ESD รุ่น HBM/MM สำหรับ IC
เครื่องกำเนิดประจุไฟฟ้าสถิตแบบเซมิคอนดักเตอร์ ESD‑883D เป็นอุปกรณ์ทดสอบความต้านทานต่อ ESD ที่มีความแม่นยำสูง ออกแบบโดย LISUN โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ชิป ไดโอด ทรานซิสเตอร์ และโมดูล IC หน้าที่หลักคือการจำลองแบบจำลอง ESD สองแบบที่พบบ่อยในระหว่างการผลิต การขนส่ง และการประกอบเซมิคอนดักเตอร์ ได้แก่ แบบจำลองร่างกายมนุษย์ (HBM) และแบบจำลองเครื่องจักร (MM) โดยการฉีดพัลส์แรงดันสูงแบบมาตรฐาน เครื่องมือนี้จะประเมินขีดจำกัดความทนทานต่อไฟฟ้าสถิตของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ตรวจจับความล้มเหลวแฝง รวมถึงการพังทลายของเกตและการเสียหายของ PN-junction ที่เกิดจากความเครียดทางไฟฟ้าสถิตล่วงหน้า และให้หลักฐานการทดสอบที่สำคัญสำหรับการออกแบบความน่าเชื่อถือและการตรวจสอบคุณภาพก่อนส่งออกของชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ ในฐานะเครื่องจำลอง ESD HBM/MM หลักสำหรับ IC เครื่องมือนี้แตกต่างจากเครื่องกำเนิด ESD ระดับระบบที่สอดคล้องกับ IEC 61000-4-2 สำหรับการทดสอบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป โดยมุ่งเน้นไปที่การทดสอบความเครียดของชิปในระดับชิ้นส่วน และจำลองรูปคลื่นการปล่อยประจุที่กำหนดโดยมาตรฐาน JEDEC, IEC และ MIL-STD-883 อย่างเคร่งครัด

แบบจำลอง HBM จำลองการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตเมื่อนิ้วมือที่มีประจุสัมผัสกับขาของชิป ซึ่งจำลองสภาวะในโลกแห่งความเป็นจริงที่ผู้ปฏิบัติงานจัดการกับชิ้นส่วนภายในโรงงานผลิต แบบจำลอง MM จำลองการปล่อยประจุจากอุปกรณ์อัตโนมัติที่เป็นโลหะที่มีประจุ เช่น เครื่องหยิบและวาง และสถานีตรวจสอบที่สัมผัสกับชิป วงจรการปล่อยประจุของ MM แทบไม่มีความต้านทานอนุกรมและให้กระแสการปล่อยประจุสูงสุดที่สูงกว่า ทำให้เกิดผลกระทบที่ทำลายล้างต่ออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์มากขึ้น โปรแกรมจำลอง ESD HBM/MM สำหรับ IC จำลองวงจรเทียบเท่าของทั้งสองแบบจำลองผ่านเครือข่ายความจุ-ความต้านทานภายใน พัลส์แรงดันสูงระดับต่างๆ จะถูกส่งไปยังขาของอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ การวัดประสิทธิภาพทางไฟฟ้าหลังจากการทดสอบความเครียดช่วยในการตัดสินว่าอุปกรณ์เสียหายหรือไม่ กำหนดระดับความไวต่อ ESD ของชิ้นส่วน และให้ข้อมูลการทดสอบสำหรับการปรับปรุงวงจรป้องกัน ESD บนชิปอย่างต่อเนื่อง

ESD-883D เครื่องทดสอบ IC Electrostatic Discharge (ESD)

การกำหนดค่าฮาร์ดแวร์และข้อกำหนดทางเทคนิคที่สำคัญของเครื่องจำลอง ESD-883D HBM/MM ESD สำหรับ IC
ด้วยสถาปัตยกรรมวงจรแบบโมดูลาร์ ESD‑883D รองรับการสลับระหว่างโหมดทดสอบ HBM และ MM ได้ด้วยการคลิกเพียงครั้งเดียว และรวมระบบป้อนกลับแรงดันไฟฟ้าความแม่นยำสูงที่มีข้อผิดพลาดของแรงดันไฟฟ้าในการปล่อยประจุภายใน ±3% ตัวเรือนกันฝุ่นและทนต่อการกัดกร่อนช่วยให้สามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมห้องคลีนรูมเซมิคอนดักเตอร์ระดับ Class 1000 หน้าจอสัมผัส Android สองภาษา จีน-อังกฤษ ทำหน้าที่เป็นส่วนติดต่อผู้ใช้ ช่วยให้สามารถตั้งค่าระดับการทดสอบมาตรฐานล่วงหน้าได้ เช่น HBM 2 kV, 4 kV และ 8 kV เครื่องมือที่ใช้งานร่วมกันได้ ได้แก่ ฟิกซ์เจอร์แพ็คเกจ TO และจิ๊กทดสอบ SMD ครอบคลุมอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีแพ็คเกจ DIP, SOP, QFP และประเภทอื่นๆ โดยไม่ต้องเปลี่ยนฟิกซ์เจอร์บ่อยๆ ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคที่สำคัญแสดงอยู่ในตารางด้านล่าง

เครื่องจำลอง ESD แบบ HBM/MM สำหรับ IC นี้มีคุณสมบัติในการขยายขีดความสามารถ โมดูล ESD-CDM เสริมสามารถอัพเกรดแพลตฟอร์มเพื่อรองรับการทดสอบแบบสามในหนึ่งเดียว HBM/MM/CDM ครอบคลุมโมเดล ESD ระดับส่วนประกอบหลักสามแบบ เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการตรวจสอบความน่าเชื่อถือของเซมิคอนดักเตอร์ที่เข้มงวด พารามิเตอร์วงจรฮาร์ดแวร์เป็นไปตามข้อกำหนดวงจร HBM และ MM ที่กำหนดโดย GB/T 4937.26-2023, GB/T 4937.27-2023, IEC 60749-26, IEC 60749-27, ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024 และ AEC-Q100 อย่างครบถ้วน ทำให้มั่นใจได้ว่ารูปคลื่นเป็นไปตามข้อกำหนดและช่วยให้สามารถส่งข้อมูลการทดสอบเพื่อขอรับรองผลิตภัณฑ์ได้

ขั้นตอนการทดสอบและตรรกะเกณฑ์ความล้มเหลวสำหรับเครื่องจำลอง ESD HBM/MM สำหรับ IC
เมื่อทำการทดสอบ HBM และ MM ด้วย ESD‑883D อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการทดสอบจะต้องติดตั้งบนแท่นยึดเฉพาะ และการเชื่อมต่อขาจะต้องดำเนินการให้เสร็จสมบูรณ์ตามข้อกำหนดมาตรฐาน เงื่อนไขการทดสอบ ได้แก่ แรงดันการปล่อยประจุ ขั้ว จำนวนช็อต และช่วงเวลาการปล่อยประจุ จะถูกกำหนดค่า โดยทั่วไปการทดสอบจะใช้กลยุทธ์แรงดันแบบเพิ่มขึ้นทีละขั้น: พัลส์ไฟฟ้าสถิตจะถูกส่งผ่านด้วยระดับแรงดันที่เพิ่มขึ้นทีละน้อย การทดสอบพารามิเตอร์ DC และการตรวจสอบการทำงานจะดำเนินการหลังจากลำดับความเครียดแต่ละครั้ง กระแสรั่วไหลที่เพิ่มขึ้น ความผิดปกติในการทำงาน หรือความล้มเหลวในการสื่อสาร แสดงว่าอุปกรณ์ได้ถึงขีดจำกัดความทนทานต่อไฟฟ้าสถิตแล้ว

ความล้มเหลวของชิปแบ่งออกเป็นความล้มเหลวร้ายแรงและความล้มเหลวแฝง ความล้มเหลวร้ายแรงแสดงออกในรูปของการเปิดวงจรโดยตรงหรือการลัดวงจรพร้อมกับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่ผิดปกติอย่างสิ้นเชิง ความล้มเหลวแฝงแสดงออกในรูปของการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ในขณะที่อุปกรณ์ยังคงทำงานได้ แต่ความน่าเชื่อถือลดลงอย่างมากและอาจเกิดการพังทลายโดยสมบูรณ์ภายใต้ความเครียดในภายหลัง เช่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือการสั่นสะเทือน คุณค่าของเครื่องจำลอง ESD HBM/MM สำหรับ IC อยู่ที่การเปิดเผยข้อบกพร่องแฝงที่เกิดจากการวิจัยและพัฒนาและการผลิตผ่านความเครียดทางไฟฟ้าสถิตที่เป็นมาตรฐาน ในระหว่างการวิจัยและพัฒนา ผลการทดสอบจะช่วยในการปรับปรุงไดโอดป้องกัน ESD และวงจรหน่วงบนชิป โรงงานบรรจุภัณฑ์ใช้การทดสอบแบบสุ่มตัวอย่างเพื่อประเมินว่ากระบวนการบรรจุภัณฑ์และการเชื่อมต่อสายไฟทำให้ประสิทธิภาพการป้องกัน ESD ของส่วนประกอบลดลงหรือไม่

คุณค่าของการประยุกต์ใช้ ESD‑883D ในทางปฏิบัติตลอดห่วงโซ่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์
ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาการออกแบบชิป โปรแกรมจำลอง ESD แบบ HBM/MM สำหรับ IC ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบความน่าเชื่อถือของ MCU, IC สำหรับการจัดการพลังงาน, ชิป RF รวมถึงอุปกรณ์ SiC และ GaN แบบแถบพลังงานกว้าง วิศวกรออกแบบใช้ประโยชน์จากการทดสอบ HBM และ MM เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของวงจรป้องกัน กำหนดระดับความไวต่อ ESD ของส่วนประกอบ และเพิ่มประสิทธิภาพเค้าโครงชิปและพารามิเตอร์ของอุปกรณ์ป้องกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการออกแบบใหม่ที่มีค่าใช้จ่ายสูงซึ่งเกิดจากความทนทานต่อ ESD ไม่เพียงพอหลังจากขั้นตอนการผลิตชิปเสร็จสิ้น

ในโรงงานบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ ESD-883D รองรับการตรวจสอบตัวอย่างก่อนส่งออกสำหรับชิ้นส่วนที่บรรจุแล้ว ครอบคลุมแพ็คเกจ DIP, SOP, QFP และแพ็คเกจอื่นๆ การสุ่มตัวอย่างจำนวนมากจะตรวจสอบการเสื่อมสภาพของประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่เกิดจากความแปรปรวนของกระบวนการผลิต และรับประกันความสอดคล้องกับข้อกำหนด JEDEC สำหรับผลิตภัณฑ์ที่จัดส่ง เซมิคอนดักเตอร์สำหรับยานยนต์ต้องเผชิญกับข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือทางไฟฟ้าสถิตที่เข้มงวด ไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) ระดับยานยนต์ ชิปเรดาร์คลื่นมิลลิเมตร และไอซีไดรเวอร์เกต IGBT ต้องผ่านการทดสอบ HBM และ MM ตามมาตรฐาน AEC-Q100 เครื่องจำลอง ESD HBM/MM สำหรับไอซีจำลองการกระแทกทางไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นระหว่างการประกอบ และลดอันตรายด้านความปลอดภัย เช่น ไฟหน้าปัดดับ และการรายงานสัญญาณ ADAS ผิดพลาดที่เกิดจากความเสียหายทางไฟฟ้าสถิตต่อระบบบนรถ ชิปสำหรับงานด้านการทหารและอวกาศยังอาศัยอุปกรณ์นี้ในการตรวจสอบความถูกต้องของ ESD อย่างเข้มงวดตามมาตรฐาน MIL‑STD‑883 วิธีการ 3015 และ GJB 548B‑2020 อีกด้วย

ห้องปฏิบัติการทดสอบของบุคคลที่สามดำเนินการทดสอบการปฏิบัติตามมาตรฐาน ESD-883D และส่งรายงานการทดสอบที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ตามมาตรฐาน CNAS ซึ่งสนับสนุนการรับรอง CE, UL และการรับรองอื่นๆ ในระดับสากล การสอบเทียบเครื่องมือเป็นระยะๆ เป็นไปตามข้อกำหนดของเครื่องมือสำหรับการรับรองห้องปฏิบัติการตามมาตรฐาน ISO 17025 และเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาศักยภาพของห้องปฏิบัติการ สำหรับการใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ชิป SoC, ชิปบลูทูธ และไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) สำหรับบ้านอัจฉริยะ ยังได้รับการประเมินความไวต่อ ESD บนเครื่องจำลอง ESD HBM/MM สำหรับ IC เพื่อลดอัตราความล้มเหลวหลังการขาย เช่น ระบบล่มและความเสียหายของฮาร์ดแวร์ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

สรุป
ความเสียหายจากไฟฟ้าสถิตเป็นความเสี่ยงด้านความน่าเชื่อถือที่ไม่สามารถมองข้ามได้สำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ความล้มเหลวของชิปในระยะเริ่มต้นจำนวนมากเกิดจากความเครียดจากไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นระหว่างการออกแบบ การบรรจุ และการประกอบ ESD-883D ซึ่งเป็นเครื่องจำลอง ESD แบบ HBM/MM สำหรับ IC สามารถจำลองการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตแบบ HBM และ MM ในระดับส่วนประกอบได้อย่างสมบูรณ์ และเป็นไปตามมาตรฐานการทดสอบ ESD สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ทั่วโลก ครอบคลุมขั้นตอนการทำงานทั้งหมดของการออกแบบชิป การบรรจุ การตรวจสอบความถูกต้องตามมาตรฐานยานยนต์และมาตรฐานทางทหาร และการรับรองจากบุคคลที่สาม การทดสอบความเครียดแบบมาตรฐานโดยใช้ เครื่องจำลอง ESD HBM/MM สำหรับ IC ช่วยระบุจุดอ่อนของ ESD ล่วงหน้า ปรับปรุงแผนการป้องกัน และคัดกรองส่วนประกอบที่ชำรุด ลดโอกาสความล้มเหลวของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายตั้งแต่ต้นทาง และให้ความมั่นใจด้านการทดสอบที่แข็งแกร่งสำหรับการผลิตจำนวนมากและการวางจำหน่ายในตลาดของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของเซมิคอนดักเตอร์แบบแบนด์แกปกว้างและชิปสำหรับยานยนต์ ความต้องการการทดสอบ ESD ระดับส่วนประกอบจึงเพิ่มสูงขึ้น ทำให้ HBM/MM ESD Simulator เป็นโครงสร้างพื้นฐานหลักของ IC ภายในห้องปฏิบัติการความน่าเชื่อถือของเซมิคอนดักเตอร์