一种可手动操作的CDM静电放电检测结构与测试方法技术

本发明专利技术根据ESD静电防护中的CDM模式电流测试检验要求，提出了一种可用于手动操作的检测结构及测试方法，以便准确完成对基于CDM模式的ESD电流波形抓取，为CDM模式ESD静电防护能力测试提供数据支持。该系统结构包括：用于支持的测试机台，机台底座上承载测试器件DUT（Device Under Test），机台支架,用于固定系统的检测模块。检测模块包括pogo（弹簧单高跷）探针、测试板等结构。测试机台使用铝合金材质制成，具有紧固旋钮手动调节升降的功能，同时带有固定装置，可以固定设备的测试板，测试板为双层FR‑4板。Pogo探针为射频专用探针，可以满足18GHz及以下条件下的信号测试。同轴电缆特性阻抗为50Ω.所使用的校准模块（即校准电容）为FR‑4材料，静电容值为4pF。

A manual CDM ESD detection structure and method

According to the current test and inspection requirements of CDM mode in ESD electrostatic protection, the invention proposes a detection structure and test method which can be used for manual operation, so as to accurately grasp the ESD current waveform based on CDM mode and provide data support for ESD electrostatic protection ability test of CDM mode. The system structure includes: the testing machine for support, the DUT (device under test) on the base of the machine, the machine bracket, and the testing module for fixing the system. The detection module includes pogo probe, test board and other structures. The testing machine is made of aluminum alloy, which has the function of fastening the knob to adjust the lifting manually. Meanwhile, it has a fixing device, which can fix the test board of the equipment. The test board is a double-layer fr \u2011 4 board. Pogo probe is a special RF probe, which can meet the signal test at 18GHz and below. The characteristic impedance of coaxial cable is 50 \u03a9. The calibration module (i.e. calibration capacitance) used is fr \u2011 4 material, and the electrostatic capacity is 4pf.

【技术实现步骤摘要】
一种可手动操作的CDM静电放电检测结构与测试方法
本专利技术涉及集成电路领域，尤其涉及CDM模式静电放电电流波形的检测系统及测试方法。
技术介绍
由于工艺水平的不断提高，互补金属氧化物半导体（CMOS，ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor)器件的尺寸一直处于缩小的趋势，目前已经达到深亚微米甚至更小。这种发展趋势在提升了器件性能和工作速度的同时，也带来了一个致命的弱点，即输入阻抗很大，很容易被静电放电（ESD，Electro-StaticDischarge）击穿。在实际使用过程中，处处都存在着电容效应。我们知道，静电电荷可以存储在几乎所有的物体中，这使得静电放电现象出现于各个地方。目前，对于集成电路而言，ESD防护测试根据器件带电途径不同一般可分为HBM（HumanBodyModel）、MM(Machine)、CDM（ChargedDeviceModel）等几种，根据其带电途径的不同，相关的测试设备和测试方法也会有一定程度的差别。在这三种模式中，HBM模式和MM模式，由于被提出的时间较早，因此很多人已经熟知，并且电子工程师们也已经有针对性地采取了各种各样的静电保护结构或者措施来提升此二类器件的稳定性和静电防护水平。然而，随着工艺水平以及器件功能复杂度的提升，CDM失效模式已经逐渐成为一个突出的问题，原因在于：第一，随着芯片工艺的进步，工作速度加快了，但芯片也变得脆弱了。集成度的提高使得器件尺寸越来越小，器件之间的连线宽度越来越窄，钝化层越来越薄，这些因素都会时芯片对静电放电的敏感性也越大。一个不太高的电压就能将晶体管击穿，一个微小的ESD电流就能将连线熔断，使得半导体器件失效，增加科研成本；第二，通过测量CDM模式的静电放电波形，能够通过检查检测后的器件性能表现可以判断器件是否失效；第三，通过分析放电波形的峰值、周期等参数对半导体器件性能是否失效进行分析，从而提出避免器件失效的预防措施。因此，提出基于CDM模式可以手动操作的静电放电的测试系统及方法十分必要。目前，关于CDM模式静电放电检测系统存在以下问题：1.在目前的AEC-Q100（由AIAG汽车组织开发的用于集成电路的资格认证测试流程）测试规范中，没有规定所用测试设备的整体架构，以及相关的参数；没有对于具体的材料进行规定，这使得在制作过程中因为制作人的不同会产生不同种类的测试设备，缺乏规范性。同时，因为可能使用的各种材料的各类参数间的差异，会导致测量结果缺乏准确性。2.国外已有一部分公司生产出相应的CDM模式静电放电测试设备，但在国内该领域还处于空白阶段。对于国外已经生产出的设备而言，自动化程度高，但价格高昂，基本都在10万美金以上。而实际使用中，许多小型公司往往不需要很高的精度，只需要有手动设备做定性检测即可。但是目前已有的设备却都是基于高精度的全自动测试设备，使得小公司在引进或者租用设备时需要支付许多不必要的成本。因此，急需专利技术一款性能良好，价格低廉的手动型CDM模式静电放电测试系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种性能良好，价格低廉的手动型CDM模式ESD电流波形检测系统结构及测试方法，用以完成CDM模式的电流放电波形测量。为了解决上述问题，本专利技术提出了基于CDM模式的手动操作ESD电流波形检测系统结构，该结构包括：可以调节升降的测试机台，可以调节松紧的用于固定悬挂装置的支架，可以通过螺丝与测试板。所述测试板含有容纳螺丝通过的通孔。测试板侧面含有插头，便于连接同轴电缆，接地层底部焊接有pogo（弹簧单高跷）探针，用于接触带电器件，获取所需波形；测试机台底座上水平放置校准模块。可选的，所述固定悬挂装置的支架，用于固定的部分为环形，内径略大于用于连接测试板的圆柱法兰盘直径。可选，所述测试板，含有两个可以通过螺丝的通孔，用于将测试板与法兰盘结合在一起，固定在测试机台上，所述通孔距离测试板中心距离相等。所述测试板在与法兰盘相连的对侧焊接有pogo探针。可选的，测试板所焊接的pogo探针，其所能工作的频率范围为包含DC~18GHz可选的，测试板所焊接的pogo探针，通过1Ω电阻与测试板焊接相连，所用1Ω电阻为环形辐射电阻；可选的，测试板所焊接的插头为标准SMA插头，可以与同轴电缆相连。可选的，所述校准模块是一种在FR-4（一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，它不是一种材料名称，而是一种材料等级）材料上的PCB图形，表面镀金或镀镍。为实现上述目的，本专利技术还提供一种采用上述检测系统来测试CDM模式静电放电电流波形的方法，包括：将所述测量系统的各个模块固定在一个支架中；根据所需要的充电电压，用直流电源通过场板对DUT进行充电；充电时，电源输出端与场板之间串联大电阻（MΩ级别）进行保护，直流电压源中的电流为0时为充电完毕，随后断开电源；调节测试机台，使得被固定的pogo探针下降，与待测器件引脚接触，器件上的充电电荷通过探针快速释放，该电流信号经过同轴电缆传输最终显示在示波器上；示波器显示波形后，通过调节测试机台螺旋，使得被固定的pogo探针上升，离开DUT引脚，高压直流电源再次接入对DUT进行充电，准备下一次测试；根据所述测试过程，得到在示波器上显示的电流波形，作为所需波形结果。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：本专利技术提出的检测系统搭建简便，成本远低于自动化测试设备；明确了检测系统的具体结构及材料，完全符合相关标准要求，保证了测试结果的准确性。其次，基于手动的操作方法灵活方便，适合对不规则器件进行标准化测试。信号传输路径可以做到最短化，减少了测量技术难度。同时由于测试电阻为1Ω，不需要复杂的换算，也保证了测试的准确性。另外由于该测量结构与实际测试电路结构关联较大，因此基于该测量设备测量出的电流波形很容易通过控制变量法来改变各个模块参数，方便探究每部分材料参数与测试结果的关系，便于进一步改进设备。附图说明图1为本专利技术第一实施例中CDM模式的ESD电流波形检测系统的左视图。图2为本专利技术第一实施例中测量模块的仰视图。图3为本专利技术第一实施例中校准模块的俯视图。具体实施方式针对
技术介绍
提及的问题，本申请专利技术人分析得出：如果能够提出一种手动测量系统，使其无需通过昂贵的自动化控制机台和软件，直接测量电流波形，且所用材料可以测试出10GHz以上带宽的信号，在正确模拟实际带电模式的情况下，则不会产生
技术介绍
提到的问题。基于上述想法，本专利技术实施例提出如下CDM模式的ESD电流波形检测系统，该结构包括：1.用于总体支撑的支持模块底座，材料为铝合金；2.用以固定底座与上部固定模块的连接旋钮；3.准焦螺旋，用于调节支架部分的上升和下降；4.松紧调节旋钮，方便对于不同直径的圆柱形连接杆进行固定；5.圆柱型连接杆，用于连接测试板和支架；6.测试板，材料为FR-4，厚度为0.8mm，上有滤波器和衰减器以；7.标准SMA插座，用以连接同轴线缆；8.螺丝与通孔，用以连接测试板与圆柱型连接杆；9.pogo探针，用于接触校准模块，触发放电事件；10.校准模块，材料为FR-4，用以模拟带电器件，承载电荷；11.充电电阻，至少为20MΩ；12.1Ω测试电阻；13.Pogo探针位置，垂直于平面向外；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于CDM模式的ESD电流波形检测系统，其特征在于，包括：可以调节升降的测试机台，可以调节松紧的用于固定悬挂装置的支架，可以通过螺丝与测试板；所述测试板含有容纳螺丝通过的通孔；测试板侧面含有插头，便于连接同轴电缆，接地层底部焊接有pogo（ 弹簧单高跷）探针，用于接触带电器件，获取所需波形；测试机台底座上水平放置校准模块。

【技术特征摘要】
1.基于CDM模式的ESD电流波形检测系统，其特征在于，包括：可以调节升降的测试机台，可以调节松紧的用于固定悬挂装置的支架，可以通过螺丝与测试板；所述测试板含有容纳螺丝通过的通孔；测试板侧面含有插头，便于连接同轴电缆，接地层底部焊接有pogo（弹簧单高跷）探针，用于接触带电器件，获取所需波形；测试机台底座上水平放置校准模块。2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述固定悬挂装置的支架，用于固定的部分为环形，内径略大于用于连接测试板的圆柱法兰盘直径。3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述测试板，含有两个可以通过螺丝的通孔，用于将测试板与法兰盘结合在一起，固定在测试机台上，所述通孔距离测试板中心距离相等，所述测试板在与法兰盘相连的对侧焊接有pogo探针。4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，测试板所焊接的pogo探针，其所能工作的频率范围为DC~18GHz。5.如权利要求1所述的结构，其特征在于，测试板所焊接的pogo探针，通过1Ω电阻与测试板焊接相连，所用1Ω电阻为环形辐射电阻。6.如权利要求1所述的结构，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆宇，蒋乐乐，程玉华，
申请(专利权)人：上海北京大学微电子研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31