Устройство для контроля электростатических разрядов

 

Изобретение, содержащее тестовую ячейку с установленным в ней диодом, один из выводов которого соединен с землей, и отличающееся тем, что в ячейку введен дополнительный диод с заданной величиной напряжения повреждения и соединенный параллельно с первым, а тестовая ячейка (ТЯ) через дополнительную контактную площадку подключена к свободному выводу микросхемы. Описанная ТЯ позволяет определить причину отказов ИС и требовать от потребителя строгого соблюдения технических условий, тем самым снижая число отказов, вызванных ЭСР. Кроме того, значение причин отказов в процессе производства позволит принимать меры к повышению выхода годных микросхем. 2 ил.

Изобретение относится к производству и эксплуатации интегральных схем (ИС) и может быть использовано для контроля электростатических разрядов в ИС, имеющих свободные выводы корпуса.

Известны устройства для измерения заряда (в том числе и статического) [1,2]. Недостаток данных устройств заключается в сложности организации постоянного контроля за электростатическим зарядом в процессе производства и эксплуатации ИС и аппаратуры на их основе. Использование данных устройств для постоянного контроля электростатических зарядов значительно усложняет аппаратуру.

Наиболее близким аналогом является схема, используемая для контроля зарядов и содержащая в качестве детектора заряда диод и схему измерения на МОП-транзисторах [3] . Однако устройство не позволяет постоянно контролировать уровень статического заряда на микросхеме.

Изобретение направлено на организацию постоянного контроля за электростатическими разрядами и на снижение числа отказов, вызываемых ими.

Это достигается тем, что в тестовую ячейку, состоящую из диода, один из выводов которого соединен с землей, введен дополнительный диод с заданной величиной напряжения повреждения и соединенный параллельно с первым, а тестовая ячейка через дополнительную контактную площадку подключена к свободному выводу микросхемы.

На фиг. 1 представлена схема тестовой ячейки; на фиг. 2 - график Вунша-Белла, который показывает зависимость между максимальной средней плотностью мощности рассеяния на переходе и длительностью импульса электростатического разряда, с помощью которого осуществляется расчет необходимой площади диодов тестовой ячейки.

Тестовая ячейка состоит из дополнительной контактной площадки 1, диодов 2, 3, имеющих разное напряжение повреждения, шины 4, соединяющей дополнительную контактную площадку с выводами диодов, и шины "земля" 5.

Схема работает следующим образом. Электростатический разряд, как правило, проходит через все выводы, в том числе и дополнительный, а перегрузка в основной цепи на тестовую ячейку не влияет, так как последняя не соединена с ней.

Соединение свободного вывода микросхемы с тестовой ячейкой осуществляется при помощи дополнительной контактной площадки 1 термокомпрессионной сваркой. При электростатическом разряде на свободном выводе микросхемы разряд через дополнительную контактную площадку 1 по шине 4 проходит к тестовой ячейке, и в зависимости от напряжения разряда происходит пробой одного или двух диодов тестовой ячейки 2 и 3, который можно определить как визуально при вскрытии корпуса, так и путем измерения электрических параметров элемента "ловушки".

Первый диод тестовой ячейки рассчитан на напряжение электростатического разряда, которое вызывает снижение надежности ИС; вся тестовая ячейка рассчитана на напряжение электростатического разряда, вызывающее немедленный отказ.

Поэтому расчет площадей переходов диодов, показывающий, кроме того, реальность реализации описанной тестовой ячейки, так как площадь элементов является наиболее критичным параметром в ИС, выполняется по методике, изложенной в [4] , в следующей последовательности. Вычисляется постоянная времени схемы по формуле где C1 - емкость тела человека; C2 - емкость перехода диода в режиме пробоя; R1 - сопротивление тела человека; R2 - контактное сопротивление вблизи перехода; R3 - сопротивление между электродом диода и землей.

Затем с помощью графика Вунша-Белла (фиг. 2) находим среднюю максимальную плотность мощности P. Два соединенных параллельно диода 2 и 3 заменяются одним, площадь которого равна сумме площадей этих диодов, и она рассчитывается по формуле где U₁ - напряжение электростатического разряда, вызывающее катастрофический отказ; U_D - напряжение пробоя перехода.

После этого вычисляется площадь перехода второго диода тестовой ячейки по формуле

где U₂ - напряжение электростатического разряда, вызывающее снижение надежности ИС.

Описанная тестовая ячейка позволяет определить причину отказов ИС, тем самым снижая число отказов, вызванных электростатическими разрядами. Кроме того, знание причин отказов в процессе производства позволит принимать меры к повышению выхода годных микросхем.

Источники информации
1. Патент 0522292, ЕПВ (ЕР), H 01 L 27/148. Детектор заряда.

2. Патент 4-60551, Япония, G 01 R 29/12. Устройство для измерения статического электричества.

3. Патент 5-251480, Япония, H 01 L 21/339, 29/796; H 04 N 5/335. Преобразователь заряд - напряжение.

4. Джоветт Ч. Статическое электричество в электронике. Пер. с англ.-М.: Энергия, 1980, с. 126-131.

Формула изобретения

Устройство для контроля электростатических разрядов, содержащее тестовую ячейку с установленным в ней диодом, один из выводов которого соединен с землей, и отличающееся тем, что в ячейку введен дополнительный диод с заданной величиной напряжения повреждения и соединенный параллельно с первым, а тестовая ячейка через дополнительную контактную площадку подключена к свободному выводу микросхемы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2