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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Ermittlung von CDM-Testdaten.
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Integrierte Halbleiterschaltungen
enthalten typischerweise ESD-Schutzstrukturen zum Schutz derer Eingänge und/oder
Ausgänge
gegen elektrostatische Überspannungen
und dadurch verursachte elektrostatische Entladungen (ESD; Electrostatic
Discharge). Solche parasitären Überspannungsimpulse,
die beispielsweise beim Transport oder beim Handling der integrierten
Halbleiterschaltung entstehen können,
können
im Extremfall zu dessen Zerstörung
führen.
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Es gibt verschiedene Modelle, die
die zu erwartende, parasitäre
Störsignaleinkopplung
beschreiben: Im Gegensatz zu dem bekannten Human-Body-Model (HBM),
bei dem ein durch einen Menschen eingekoppelter Störimpuls
modeliert wird, hängt
die ESD-Spannungsfestigkeit bei dem sogenannten Charged-Device-Model (CDM) im wesentlichen
von dem Gehäusetyp
eines elektronischen Gehäusebauteils
bzw. einer integrierten Schaltung ab. Das HBM-Modell geht hier von
Störimpulsen
mit sehr langsamen Anstiegsflanken (einige ns) aus, während durch
das CDM-Modell Störimpulse
mit sehr schnellen Anstiegszeiten von 100 ps bis 300 ps simuliert werden.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung
von CDM-Testdaten ist in der ESD-Association Standard for Electrostatic
Discharge (ESD) Sensitivity Testing, "Charged Device Model (CDM), Non-Socketed
Mode, Component Level",
1996, beschrieben. 1 zeigt
eine standardisierte CDM-Meßanordnung
zur Durchführung
eines solchen Verfahrens:
Die CDM-Meßanordnung 1 weist
zwei metallische Platten 3, 4 auf, zwischen denen
ein elektronisches Gehäusebauteil 2 ange ordnet
ist. Das Gehäusebauteil 2 enthält ein Halbleiterbauelement 5,
welches über
Außenanschlüsse 6 kontaktiert
ist. Außerdem ist
das Halbleiterbauelement 5 mit einem Gehäuse 7 versehen.
Die untere Platte 3, die das Potential der Bezugsmasse
aufweist, dient als Auflagefläche
für das
Gehäusebauteil 2.
Die obere Platte 4 ist mit einem Entladestift 8,
beispielsweise einer Kontaktnadel mit einem Meßwiderstand, kurzgeschlossen
und mit einer Auswerteeinrichtung 9, beispielsweise einem
Oszilloskop, verbunden.
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Mit dieser CDM-Meßanordnung 1 können die
gewünschten
CDM-Testdaten, daß heißt die CDM-Ausfallspannung
und damit die Spannungsfestigkeit von Gehäusebauteilen 2, ermittelt
werden. Dazu wird zunächst
ein Gehäusebauteil 2 auf
der unteren Platte 3 so angeordnet, daß dessen Außenanschlüsse 6 in die zur unteren
Platte 3 entgegengesetzten Richtung gerichtet sind. Das
Halbleiterbauelement 5 wird über dessen Außenanschlüsse 6 mittels
einer definierten Voraufladespannung aufgeladen. Das Halbleiterbauelement 5 und
die untere Platte 3 bilden dabei ein kondensatorähnliches
Gebilde, dessen Kapazität
im wesentlichen von der Art des Gehäuses 7 bestimmt wird,
wobei das Material des Gehäuses 7 hier
als Dielektrikum zu betrachten ist. Die in dem Gehäusebauteil 2 gespeicherte
Ladung hängt
dann im wesentlichen von der Gehäusekapazität und der
Voraufladespannung ab.
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Anschließend wird die mit der oberen
Platte 4 kurzgeschlossene Kontaktnadel 8 mit einem
der Außenanschlüsse 6 des
Gehäusebauteils 2 kontaktiert.
Durch die relativ große
Fläche
der oberen Platte 4 und durch die geringe Ableitungslänge der
Kontaktnadel 8 läßt sich
eine sehr schnelle Entladung der in dem Halbleiterbauelement 5 gespeicherten
Ladung gewährleisten.
Diese Entladung wird durch die Auswerteeinrichtung 9 in
Gestalt einer Entladestromkurve über
die Zeit aufgezeichnet. Dieser Vorgang wird für dieselbe Voraufladespannung
an jedem Außenanschluß 6 des
Gehäusebauteils 2 wiederholt.
Anschließend
wird dieser Vorgang bei einem nächst
höheren
Wert der Voraufladespannung gleichermaßen bei allen Außenanschlüssen 6 des
Gehäusebauteils 2 wiederholt.
Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis die Ausfallspannung
eines Gehäusebauteils
und damit dessen Spannungsfestigkeit ermittelt wurde. Zur Verifizierung
dieser CDM-Ausfallschwelle wird die Ermittlung der CDM-Ausfallspannung
bei weiteren gleichartigen Gehäusebauteilen
wiederholt und daraus die gemittelte CDM-Ausfallspannung berechnet.
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Ferner muß bei Gehäusebauteilen mit unterschiedlichen
Gehäusetypen
gegenwärtig
für jeden Gehäusetyp die
ESD-Spannungsfestigkeit
nach dem oben beschriebenen Verfahren einzeln bestimmt werden. Der
erforderliche Zeitaufwand zur Ermittlung dieser CDM-Testdaten, d.
h. die Bestimmung der CDM-Ausfallspannung und somit die ESD-Spannungsfestigkeit
nach dem CDM-Modell, ist somit exorbitant hoch. Die Durchführung dieser
CDM-Tests ist daher überaus
kostenintensiv.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt
der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches
Verfahren zur Ermittelung von CDM-Testdaten für gleichartige elektronische Gehäusebauteile
anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein
Verfahren gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit,
CDM-Testdaten, die
bereits bei einer CDM-Testreihe für ein Gehäusebauteil mit spezifischen
Gehäusetyp
ermittelt wurden, von diesem spezifischen Gehäusetyp auf gleichartige Gehäusebauteile
mit anderen Gehäusetypen
zu übertragen. Durch
diese Extrapolation der CDM-Testdaten auf andere Gehäusetypen
lassen sich zeitaufwendige und damit kostenintensive zusätzliche
CDM-Tests vermeiden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren
der Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigt dabei:
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1 schematisch
den Aufbau einer CDM-Meßanordnung
zur Ermittlung der CDM-Ausfallschwelle nach dem Stand der Technik;
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2 die
CDM-Entladestromkurven für Halbleiterbauelemente
mit unterschiedlichen Gehäusebauformen;
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2 eine
Tabelle, die die Spitzenstromwerte der Entladestromkurve bei einer
vorgegebenen Voraufladespannung darstellt.
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2 zeigt
einige CDM-Entladestromkurven für
Halbleiterbauelemente mit unterschiedlichen Gehäusetypen und damit mit unterschiedlichen
Gehäusekapazitäten. Es
zeigt sich, daß die
Spitzenstromwerte der Entladestromkurven bei Halbleiterbauelementen
mit unterschiedlichen Gehäusetypen
nahezu identisch sind. Konkret bedeutet das, daß eine Formveränderung
des Gehäuses
diesen Spitzenstromwert nicht signifikant verändert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren geht dabei von
der Erkenntnis aus, daß die
CDM-Ausfallspannung von Gehäusebauteilen
im Wesentlichen durch den Spitzenstromwert der Entladestromkurve bestimmt
wird. Der Entladestrom wird hier als Referenzstrom herangezogen.
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Nachfolgend wird das Verfahren zur
Ermittlung der CDM-Testdaten näher
beschrieben:
Eine standardisierte CDM-Meßanordnungen gemäß 1 wird bereitgestellt. Im
Gegensatz zu dem eingangs beschrieben Verfahren reicht es hier vollkommen
aus, bei einem Halbleiterbauelement 5 für jeden Gehäusetyp genau eine Testreihe
vorzunehmen. Diese Testreihe wird bei einer einzigen, definierten Voraufladespannung
vorgenommen. Hierbei ist lediglich darauf zu achten, daß die Voraufladespannung
deutlich unterhalb der zu erwartenden Ausfallspannung der zu testenden
Halbleiterbauelemente 5 liegt. Für die verschiedenen Gehäusetypen
wird bei dieser Voraufladespannung die Entladestromkurve aufgenommen.
Aus diesen Entladestromkurven werden die Spitzenwerte bestimmt und
tabellarisch dargestellt.
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3 zeigt
eine solche Tabelle, die die Spitzenstromwerte Ipeak für eine definierte
Voraufladespannung 1000 Volt bei verschiedenen Gehäusetypen dargestellt.
In der ersten Spalte sind die verschiedenen Gehäusetypen aufgelistet. Die zweite
Spalte gibt die Spitzenstromwerte für verschiedene Halbleiterbauelemente
bei einer Voraufladespannung von 1000 Volt an. Die dritte und letzte
Spalte gibt schließlich
die gemittelten Spitzenstromwerte an, die sich aus den verschiedenen
Spitzenstromwerten für
verschiedene Halbleiterbauelemente 5 bei ein und demselben
Gehäusetyp
ergeben. Aus dem Verhältnis dieser
Spitzenstromwerte kann die CDM-Ausfallspannung von einem Gehäusebauteil 2 auf
solche Gehäusebauteile 2 mit
anderen Gehäusetypen
extrapoliert werden.
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Nachfolgend wird hierzu ein Beispiel
anhand der Tabelle in 3 angegeben:
Bei
einem vorgegebenen Halbleiterbauelement 5 soll beispielsweise
der Gehäusetyp
beispielsweise von LCC-84 auf TQFP-100 geändert werden. Ein Gehäusebauteil 2 mit
einem LCC-84 Gehäusetyp
weist nach dieser Tabelle einen Spitzenstromwert von 14,4 A bei
einer Voraufladespannung von 1000 Volt auf, während es bei einem TQFP-100
Gehäusetyp
bei derselben Voraufladespannung einen Spitzenstromwert von 20,1
A aufweist. Es wird ferner davon ausgegangen, daß das vorgegebene Halbleiterbauelement 5 mit
dem LCC-84 Gehäusetyp
seine CDM-Ausfallspannung
beispielsweise bei 1500 Volt hat. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
kann nun ohne großen
Aufwand er mitteln werden, welche CDM-Ausfallspannung das vorgegebenen
Halbleiterbauelement 5 für andere Gehäusetypen
aufweist.
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Das Verhältnis der Spitzenstromwerte
bei dem LCC-84 Gehäusetyp
und dem TQFP-100 Gehäusetyp
beträgt
14,4 A : 20,1 A = 0,716. Somit müßte das
vorgegebene Halbleiterbauelement 5, das im LCC-84 Gehäusetyp eine
CDM-Ausfallspannung von 1500 Volt aufweist bei dem TQFP-100 Gehäusetyp entsprechend
eine CDM-Ausfallspannung von 0,716 × 1500 Volt = 1074 Volt aufweisen.
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Somit kann auf einfache Weise durch
einfache Extrapolation der Spitzenstromwerte bei verschiedenen Gehäusetypen
eine einmal ermittelte CDM-Ausfallspannung eines Halbleiterbauelements 5 diese
auch auf andere Gehäusetypen
extrapoliert werden. Für
diese Extrapolation sind keine zusätzlichen, sehr aufwendigen
CDM-Testreihen, wie dies bislang erforderlich war, notwendig.
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Es sei hier noch anzumerken, daß jegliche Veränderung
der CDM-Meßanordnung,
wie beispielsweise das Auswechseln des Entladestiftes 8, der
Platten, etc. eine signifikante Veränderung der Entladestromkurve
zur Folge hat. Da der Spitzenstromwert der Entladestromkurve den
entscheidenen Parameter zur Durchführung des erfindungsgemäßen CDM-Testverfahrens
darstellt, sollte die Ermittlung dieser Entladestromkurve nach einem
definierten, vorzugsweise standardisierten Verfahren hervorgehen.
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In 2 der
Zeichnung wurde lediglich der Ausschnitt um den ersten Spitzenstromwert
der Entladestromkurve dargestellt. Durch die Entladung des Gehäusebauteiles 2 kann
es jedoch auch zu weiteren nebengeordneten Spitzenstromwerten deren
absoulter Betrag typischerweise niedriger ist, als der Betrag des
ersten Spitzenstromwertes, kommen. Typischerweise wird daher der
erste Spitzenstromwert der Entladestromkurve als Referenzstrom herangezogen. Es
sei jedoch darauf hinge wiesen, daß äquivalent natürlich auch
einer oder mehrere der weiteren Spitzenstromwerte als Referenzstrom
herangezogen werden kann. Jedoch ist dann zumeist mit einer steigenden
Unschärfe
der CDM-Testdaten zu rechnen.
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- 1
- CDM-Meßanordnung
- 2
- Gehäusebauteil
- 3
- untere
Platte
- 4
- obere
Platte
- 5
- Halbleiterbauelement
- 6
- Außenanschlüsse
- 7
- Gehäuse
- 8
- Entladestift,
Kontaktnadel
- 9
- Auswerteeinheit,
Oszilloskop