CDM 테스트를 위한 새로운 접근 방식 CDM ESD 평가에 대한 대체 접근 방식이 주목을 받고 있으며, 그 중 CCTLP(Capacitively Coupled TLP)는 표준화된 현장 유도 CDM 설정에 비해 많은 이점을 제공합니다. 테스트 정확도는 충전 전압 레벨을 피크 전류 레벨로 전환하는 것에 따라 달라집니다. 유효 정전용량(Ceff)은 응력 심각도를 나타내는 지표 역할을 하며 FEM 시뮬레이션은 정확한 Ceff 값을 제공할 수 있습니다. 그러나 장치 크기의 영향을 고려하여 볼륨은 스트레스 전류 수준을 추정하기 위한 기본 매개변수로 도입되었습니다. 금속 코인 모듈을 사용하여 구축된 수량과 전류 간의 관계를 활용하여 합리적인 추정을 얻을 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 대체 CDM 테스트 방법의 사용을 촉진하고 CDM 대상 번역을 위한 실용적인 솔루션을 제공합니다.
New Approaches for CDM Testing
It is now well known that testing for CDM Electrostatic Discharge [ESD]
Sudden flow of electricity between two electrically charged objects caused by contact, an electrical short, or dielectric breakdown.
" href="https://incompliancemag.com/terms/electrostatic-discharge/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">ESD evaluation is becoming a bigger challenge. Previously (In Compliance Magazine, March 2021), capacitively coupled TLP (CCTLP) was described as an alternate approach. It offers many advantages compared to the standardized field-induced CDM setup according to the JS002 standard [1]. Testing of a package, bare die, or wafer is enabled with high reproducibility. The failure correlation between CDM and CCTLP has been investigated based on peak current stress levels and not by a charging voltage level [2]. If testing with an alternative CDM method as CCTLP is done to reproduce JS002, the CDM charging voltage must be transferred into peak current levels.
CDM 테스트를 위한 새로운 접근방식 이제 CDM ESD 평가 테스트가 더 큰 과제가 되고 있다는 것은 잘 알려져 있습니다. 이전에는(Compliance Magazine, 2021년 3월) 용량 결합 TLP(CCTLP)가 대체 접근 방식으로 설명되었습니다. 이는 JS002 표준[1]에 따라 표준화된 현장 유도 CDM 설정에 비해 많은 이점을 제공합니다. 높은 재현성으로 패키지, 베어 다이 또는 웨이퍼 테스트가 가능합니다. CDM과 CCTLP 사이의 고장 상관관계는 충전 전압 레벨이 아닌 피크 전류 스트레스 레벨을 기반으로 조사되었습니다[2]. JS002를 재현하기 위해 CCTLP와 같은 대체 CDM 방법을 사용하여 테스트하는 경우 CDM 충전 전압을 피크 전류 레벨로 전환해야 합니다.
Device and Tester Capacitance
The ability of a a component or circuit to store an electric charge.
A measure for the severity of the CDM stress is the effective Capacitance
The ability of a a component or circuit to store an electric charge.
" href="https://incompliancemag.com/terms/capacitance/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">capacitance Ceff of a device [3]. Ceff characterizes the amount of exchanged charge between DUT and test setup at a specific stress level (e.g., VCDM) in a specific testing environment.
장치 및 테스터 정전 용량 CDM 스트레스의 심각도를 측정하는 방법은 장치의 유효 정전 용량 Ceff입니다[3]. Ceff는 특정 테스트 환경의 특정 스트레스 수준(예: VCDM)에서 DUT와 테스트 설정 간에 교환된 전하량을 특성화합니다.
Products can be categorized with respect to Ceff in an FICDM setup because of the direct relation to the peak current for a given test voltage, as described in [4].
[4]에 설명된 대로 특정 테스트 전압에 대한 피크 전류와 직접적인 관계가 있기 때문에 제품은 FICDM 설정에서 Ceff를 기준으로 분류될 수 있습니다.
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During a CDM stress, different Capacitance
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" href="https://incompliancemag.com/terms/capacitance/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">capacitance values play a role according to the three-capacitances model, as shown in Figure 1.
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" href="https://incompliancemag.com/terms/capacitance/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">capacitance CDUT is defined as the Capacitance
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" href="https://incompliancemag.com/terms/capacitance/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">capacitance from the device to the field plane. The static Capacitance
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" href="https://incompliancemag.com/terms/capacitance/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">capacitance value for CDUT is extracted from a Finite Element Method [FEM]
A technique for finding approximate solutions to boundary value problems for differential equations.
" href="https://incompliancemag.com/terms/finite-element-method/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">Finite Element Method (Finite Element Method [FEM]
A technique for finding approximate solutions to boundary value problems for differential equations.
" href="https://incompliancemag.com/terms/finite-element-method/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">FEM) simulation according to the three-capacitances model shown in Figure 1. Differences between Ceff and CDUT capacitances either extracted from FEM-simulation or calculated as parallel plate Capacitance
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" href="https://incompliancemag.com/terms/capacitance/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">capacitance Cplate (A is the area of the DUT, and d is the thickness of the FR4 dielectric layer) are demonstrated based on the metallic circular coin modules (height 1.27 mm, diameters see Table 1).
그림 1: CDM 테스터의 3개 정전 용량 모델 3개의 정전 용량 값은 유효 정전 용량 Ceff를 결정합니다. DUT 커패시턴스 CDUT는 장치에서 필드 평면까지의 커패시턴스로 정의됩니다. CDUT의 정적 정전 용량 값은 그림 1에 표시된 3개 정전 용량 모델에 따라 FEM(Finite Element Method) 시뮬레이션에서 추출됩니다. FEM 시뮬레이션에서 추출되거나 평행판 정전 용량 Cplate(A)로 계산된 Ceff와 CDUT 정전 용량 간의 차이 는 DUT의 면적이고 d는 FR4 유전체 층의 두께입니다.)는 금속 원형 코인 모듈(높이 1.27mm, 직경은 표 1 참조)을 기반으로 시연됩니다.
P1
P2
JS
P4
JL
P5
P6
P7
P8
2.29
4.49
8.89
18.03
25.37
36.05
43.04
51.02
62.52
Table 1: Coin diameter in mm, height of coin: 1.27 mm
P1P2JSP4JLP5P6P7P82.294.498.8918.0325.3736.0543.0451.0262.52표 1: 동전 직경(mm), 동전 높이: 1.27mm
The Finite Element Method [FEM]
A technique for finding approximate solutions to boundary value problems for differential equations.
" href="https://incompliancemag.com/terms/finite-element-method/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">FEM simulation of CDUT does not coincide with the simple plate Capacitor
A passive electronic component that consists of two conductive plates separated by an insulating dielectric.
" href="https://incompliancemag.com/terms/capacitor/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">capacitor formula since fringing effects are also considered, especially for small devices. CDUT also shows a linear dependency on the area-capacitance relation. In contrast, Ceff values show saturation with increasing area or volume of a DUT. As a result, not only the area of the bottom surface contributes to the Capacitance
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" href="https://incompliancemag.com/terms/capacitance/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">capacitance but also the sidewalls and, therefore, the volume.
그림 2: 코인 영역과 관련된 Ceff, CDUT 및 Cplate 특히 소형 장치의 경우 프린지 효과도 고려되므로 CDUT의 FEM 시뮬레이션은 단순한 플레이트 커패시터 공식과 일치하지 않습니다. CDUT는 또한 면적-커패시턴스 관계에 대한 선형 종속성을 보여줍니다. 대조적으로, Ceff 값은 DUT의 면적이나 부피가 증가함에 따라 포화도를 나타냅니다. 결과적으로 바닥 표면의 면적뿐만 아니라 측벽도 커패시턴스에 영향을 미치므로 부피도 커집니다.
Impact of Device Dimensions
To calculate the CDM discharge current from the volume, the device area is considered as the maximum edge length a x b, including the pins and mold compound (Figure 3). For a bare die product that does not go into a final package, the area is calculated from the edge length of the silicon accordingly.
장치 크기의 영향 볼륨에서 CDM 방전 전류를 계산하기 위해 장치 영역은 핀 및 몰드 컴파운드를 포함하여 최대 가장자리 길이 a x b로 간주됩니다(그림 3). 최종 패키지에 들어가지 않는 베어 다이 제품의 경우 실리콘의 가장자리 길이에 따라 면적이 계산됩니다.
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Statistical analysis of CDM testing data shows the relevance of device area and volume for predicting stress current levels in a CDM test since the height h of the device has a non-neglectable influence on the discharge current. A database with over 15 million CDM waveforms has been used to evaluate the relation between area, volume, peak current, and the effective Capacitance
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" href="https://incompliancemag.com/terms/capacitance/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">capacitance Ceff. The area and volume of about 10000 different device types can be derived from the package dimensions included in the database. For each device type, only the waveforms are evaluated, showing the maximum positive peak current Ipeak out of several CDM discharges for a positive charging voltage level of 500 V. According to the measurement results, the peak current reduces with the increasing height of the device.
- 스폰서 제공 - 그림 3: 장치 면적 A=a x b 및 부피 V=A x h의 정의 CDM 테스트 데이터의 통계적 분석은 높이 h 이후 CDM 테스트에서 현재 스트레스 수준을 예측하기 위한 장치 면적 및 부피의 관련성을 보여줍니다. 장치의 방전 전류에는 무시할 수 없는 영향이 있습니다. 1,500만 개 이상의 CDM 파형이 포함된 데이터베이스를 사용하여 면적, 부피, 피크 전류 및 유효 정전 용량 Ceff 간의 관계를 평가했습니다. 약 10,000가지 다양한 장치 유형의 면적과 부피는 데이터베이스에 포함된 패키지 크기에서 파생될 수 있습니다. 각 장치 유형에 대해 파형만 평가되었으며 500V의 양 충전 전압 레벨에 대한 여러 CDM 방전 중 최대 양의 피크 전류 Ipeak를 보여줍니다. 측정 결과에 따르면 장치의 높이가 증가함에 따라 피크 전류가 감소합니다. .
This can be shown using the set of nine cylindrical solid metal coins P1 to P8 with different diameters and volumes (see Table 1)[5]. The coin reference for the peak current still gives a reasonable orientation for the maximum peak current. Figure 4 shows the dependency of the effective Capacitance
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" href="https://incompliancemag.com/terms/capacitance/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">capacitance Ceff on the volume. For very flat packages, the limit of the coins is exceeded but still givesa meaningful value. The coin with the smallest volume and, therefore, lowest Ceff reaches the lowest peak current and vice versa. For devices, this means that their Ceff with the according current can be related to the current of the coins. As shown, the device height is becoming relevant for the estimation of the stress current level, therefore, the volume is introduced as the preferred parameter. Thus, the volume value can be used to estimate the expectable peak current with respect to the coin values as shown in Figure 5.
이는 직경과 부피가 서로 다른 9개의 원통형 고체 금속 동전 P1~P8 세트를 사용하여 표시할 수 있습니다(표 1 참조)[5]. 피크 전류에 대한 코인 기준은 여전히 최대 피크 전류에 대한 합리적인 방향을 제공합니다. 그림 4는 볼륨에 대한 유효 정전용량 Ceff의 의존성을 보여줍니다. 매우 플랫한 패키지의 경우 코인 한도를 초과하지만 여전히 의미 있는 가치를 제공합니다. 볼륨이 가장 작고 따라서 Ceff가 가장 낮은 코인은 가장 낮은 피크 전류에 도달하며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 장치의 경우 이는 해당 전류의 Ceff가 코인의 전류와 관련될 수 있음을 의미합니다. 도시된 바와 같이, 장치 높이는 스트레스 전류 수준의 추정과 관련성이 높아지고 있으므로 부피가 선호되는 매개변수로 도입됩니다. 따라서 그림 5와 같이 볼륨 값을 사용하여 코인 값에 대한 예상 피크 전류를 추정할 수 있습니다.
Conclusion
A practical solution is presented for the problem, how CDM targets can be translated to current test levels. CDM current test levels are important as they allow using alternative CDM testing methods, such as CCTLP. The first testing proposal is a simple approach, representing the worst case: Increase the CCTLP testing voltage until the peak current value is reached at the product pin given in Figure 5.
그림 4: h>1.27mm에 대한 유효 정전 용량과 장치 부피. 유효 커패시턴스에 대한 장치 높이의 영향은 색상별로 표시됩니다. 그림 5: 높이에 대한 종속성이 표시된 전류 대 볼륨. 결론 CDM 목표를 현재 테스트 수준으로 변환할 수 있는 방법에 대한 실용적인 솔루션이 문제에 대해 제시됩니다. CDM 현재 테스트 수준은 CCTLP와 같은 대체 CDM 테스트 방법을 사용할 수 있으므로 중요합니다. 첫 번째 테스트 제안은 최악의 경우를 나타내는 간단한 접근 방식입니다. 그림 5에 표시된 제품 핀에서 피크 전류 값에 도달할 때까지 CCTLP 테스트 전압을 높입니다.
To avoid over-testing, these levels can be lowered based on the second proposal if details of the electrical properties on-package and on-chip are known. Ceff values can be predicted by Finite Element Method [FEM]
A technique for finding approximate solutions to boundary value problems for differential equations.
" href="https://incompliancemag.com/terms/finite-element-method/" data-mobile-support="0" data-gt-translate-attributes='[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]' tabindex="0" role="link">FEM simulation even before devices are available.
과도한 테스트를 피하기 위해 패키지 및 칩 내 전기적 특성의 세부 사항이 알려진 경우 두 번째 제안에 따라 이러한 수준을 낮출 수 있습니다. Ceff 값은 장치를 사용할 수 있기 전에도 FEM 시뮬레이션을 통해 예측할 수 있습니다.
The full paper was published in [6].
전체 논문은 [6]에 게재되었습니다.
References
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A private non-profit organization that oversees the development of voluntary consensus standards for products, services, processes, systems, and personnel in the United States.
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A professional association that is dedicated to advancing technological innovation and excellence.
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