AEC-Q100車規晶片驗證E3：CDM 靜電放電帶電器件模式
AEC-Q100檔案，是晶片開展車規等級驗證的重要標準和指導檔案。
E組驗證是ELECTRICAL VERIFICATION TESTS電氣特性驗證測試
本文將重點對E組的第3項CDM —— Electrostatic Discharge Charged Device Model 靜電放電帶電器件模式測試專案進行展開討論。
AEC Q100表2中 E組驗證前三項認證內容及說明
在展開此項內容之前，先說明下什麼是帶電器件，這裡面的帶電指的不是上電後的工作產品，而是說產品自身帶有靜電的這種充電狀態下的產品，這些產品會對外放電，這種失效的模擬和驗證就是CDM。
（具體HBM和CDM的差別是什麼，哪個風險更大，我會單起一個文章討論，本來想放這裡說的，結果一寫收不住太長了，有點跑題的嫌疑。）
CDM - Electrostatic Discharge Charged Device Model - 靜電放電帶電器件模式
剛才已經介紹了CDM是測試什麼失效的，讓我們直接看錶格內容。
表格中資訊介紹和解讀
表格中的資訊給出，CDM的分類是E3，Notes中包含了H、P、B、D，也就是說要求密封器件、塑封器件、要求BGA器件、破壞性測試。（請注意，沒有G承認通用資料了）
需求的樣品數量參考AEC Q100-011檔案要求（至少需要3pcs樣品）
接受標準就是0失效，要求在750V角落引腳 500V其他引腳CDM條件下，分類C4B或更高；（根據後面描述，參考標準應該是C2B或更高，需要確認）
測試方法就是AEC Q100-011檔案，這是AEC Q100檔案的第11個附件。
附加需求：
進行防靜電驗證前後要進行室溫和高溫測試。產品應按最大耐壓等級分類。如果器件小於
750V角落引腳 500V其他引腳CDM條件
驗證的話需要使用者的特別批准。參見1。3。1節。
這裡提到的AEC Q100 1。3。1小節內容如下：
1.3.1 AEC Q100 認證
——根據本檔案中列出的要求，按照本文件執行驗證並提供測試結果和相關檔案的情況下，供應商可以聲稱該產品是透過“AEC Q100認證的”。對於ESD專案，強烈建議在供應商規格書中指定透過電壓，並在任何引腳異常上做腳註。然後將允許供應商宣告，例如，“AEC-Q100認證並符合ESD要求第2級別”。——-
那我們看一下AEC Q100-011檔案說了什麼？
AEC - Q100-011 REV-D CHARGED DEVICE MODEL （CDM） ELECTROSTATIC DISCHARGE （ESD） TEST介紹
適用範圍
1.1 描述
本規範的目的是為確定積體電路器件的CDM ESD靈敏度建立一個可靠的、可重複的驗證流程。
1.2 參考文件
ANSI/ESDA/JEDEC JS-002，帶電器件模式（CDM），器件級別
1.3 名詞定義
Corner Pins 角落管腳
積體電路（IC）封裝的引腳，根據其封裝引腳的幾何形狀，與接地表面接觸的機率較高。以下鉛封裝型別預計會有角落引腳： 比如雙直插（DIP， 4個角引腳），小輪廓積體電路（SOIC， 4個角引腳），四平面封裝（QFP， 8個角引腳）和塑膠鉛晶片載體（PLCC， 8個角引腳）。如果IC封裝沒有引腳或球在X或Y方向上比封裝外殼延伸得更遠，或在單個封裝表面上以均勻分佈的陣列排列，則可能被歸類為沒有角引腳。由於封裝的固有設計，QFN （Quad Flat Pack No Lead）， WCSP （Wafer Chip Scale Packages）和在實際角引腳位置缺少引腳的球柵陣列（BGAs）沒有角引腳。在引腳陣列角處有特定角引腳的BGA封裝被歸類為有角引腳（見圖1），需進行工程判斷，確定其他封裝是否有角引腳，哪些引腳將被定義為角引腳。
如上圖左側就是有角引腳 右側就是沒有角引腳
2. 附加要求(JS-002附錄)
2.1 測試儀和器件準備
2。1。1 用於CDM應力的器件不得用於任何先前的應力測試。
2。1。2 ESD損傷預防程式應使用在CDM測試之前、期間和之後，以及電效能引數的測試中。
注：參見ANSI/ESD S20。20、JESD625、IEC 61340-5-1或客戶定義的處理流程的最新修訂版進行指導。
2。1。3 器件在測試前應保持清潔。如有需要，應按照公司批准的程式完成清洗。
注：異丙醇（異丙醇）通常用於清潔。
2。1。4 CDM測試探頭和場板/電介質在測試前應清潔乾燥。清洗可以定期進行，也可以使用異丙醇（異丙醇）根據波形驗收情況進行。
注意：在測試之前，表面應該允許進行乾燥。
2。1。5 CDM場板電壓因數和電壓偏移量的確定和設定只能在CDM試驗系統完全合格的過程中進行。電壓因子和電壓偏移量不能根據常規波形驗證或產品測試波形或結果進行調整。
注：JS-002第6。5。2節描述了要求CDM測試系統確認或再確認的條件。
2。1。6 在所有測試條件和極性下，用於認證的產品應使用相同電壓因數調整和電壓偏移量。JS-002附件G。1應使用中描述的確認程式，用於補償的正應力和負應力測定，以提供單獨的均勻正應力補償和均勻負應力補償。
2.2 測量
在ESD測試之前，應根據適用的器件規格對所有樣品組和每個樣品組中的所有裝置在室溫下完成初始直流引數和功能測試（初始ATE驗證），然後在高溫下進行，除非裝置規格書中另有規定。
2.3 樣本大小
每個樣本組應由三（3）個單位組成。每個樣品組的所有裝置引腳（包括電源和接地引腳）應在一（1）個測試條件應力水平上受力。如果一個樣品組中的所有器件在暴露於指定的測試條件應力水平後，都符合第2。10節規定的驗收標準要求，則允許使用同一樣品組進行下一個更高的測試條件應力水平。不允許跳過測試條件級別。因此，ESD認證所需的最小樣品數為三（3）個器件，而最大樣品數則取決於達到最大耐受力測試條件級別所需的壓力測試條件級別的數量。例如，一個最大耐受力測試條件級別為TC 500的器件，每個器件需要2個應力測試條件級別（TC 250和TC 500），每個測試條件級別需要3個器件，最多總共需要6個器件。
允許在每個測試條件水平上擴充套件樣本組的大小，以允許劃分的引腳組透過極性和/或引腳施加應力，只要每個引腳對擴充套件樣本組中的3個等效部件施加三倍正應力和三倍負應力，就像在常規樣本組中一樣。對於每個PUT使用新的樣品組也是可以接受的。
2.4 放電需求
要求在每個應力水平上使用三（3）种放電。也允許三（3）正極後三（3）負極放電，以及三組正極和負極交替放電。
單次和雙次放電程式的詳細程式請參見JS-002附錄F。
2.5 驗證過程
ESD測試流程應按照圖2（見後附加）中推薦的測試流程圖進行，如下所示。
a。 放置乾淨的DUT“翻面器件”，使器件本體直接與場板頂部的電介質接觸。
b。 將測試儀的應力水平設定為+ TC 250。
c。 透過對場板施加TC 250電壓來提高DUT的電位。
d。 選擇PUT並將DUT接地（放電），使用JS-002附錄F中描述的任一放電方法。
e。 如果使用單次放電程式，將測試器應力水平設定為負TC 250，選擇步驟（d）中相同的PUT並接地（放電）DUT。如果使用雙放電程式，則該步驟已經完成。
f。 使用下一個PUT重複步驟（c）到（e）。對於每個應力極性使用一個新的樣品組也是可以接受的。
g。 重複步驟（b）到（f），直到每個PUT（所有裝置引腳，包括電源和接地引腳）在指定的測試條件和極性下放電。
h。 測試樣品組中的下一個器件，重複步驟（a）到（g），直到樣品組中的所有器件都在指定的測試條件水平和極性下測試完畢。
i。 根據適用的器件規格，讓器件進行完整的直流引數和功能測試（最終ATE驗證），並確定器件是否滿足第2。10節規定的驗收標準。器件應在ESD測試的96小時內進行ATE測試。
完整的直流引數和功能測試應在室溫下進行，然後在高溫下進行，除非器件規範中另有規定。“E2PROM”型器件的功能應透過程式設計隨機模式進行驗證。如果對每個應力測試條件級別測試不同的樣本組，則允許在所有樣本組都被強調後，按器件規格執行直流引數和功能測試（最終ATE驗證）。
j。 使用下一個樣本組，將壓力水平增加TC 250，重複步驟（a）到（i）。不允許跳過壓力水平。如果一個樣品組中的所有裝置在暴露於指定的測試條件應力水平後，都符合第2。10節規定的驗收標準，則允許使用同一個樣品組進行下一個測試條件應力水平。如果裝置在TC 250水平失效，將測試條件應力水平降低到TC 125，並重復（b）到（i）步驟。可能需要使用較小的應力水平增量（例如，TC 50， TC 100等）來確定較低的承受水平。
k。 重複步驟（a）到（j），直到發生故障或裝置不能滿足TC 125壓力測試條件。
2.6 角引腳分類程式(表1,C2a類)
如果C2級的分級測試透過，C2b級的分級測試（所有引腳）導致失敗，則可以使用C2a級應力流程。
a。 為了確定C2a級別（TC 750）角銷的正確CDM分類，應使用以下方法之一至少強調三個部分：
方法1：只在TC 750處施加角銷應力
方法2：在TC 500處對所有非角銷施加應力，然後只在TC 750處對角銷施加相同的三個部分的應力
b。所使用的C2a應力程式應在產品CDM分類報告中報告為C2a-方法1或C2a-方法2。
c。如果樣品組中所有器件都滿足2。10節規定的驗收標準，則該器件透過C2a分類級別。
2.7 小封裝注意事項
小封裝中積體電路的CDM測試非常具有挑戰性。當封裝小於幾平方毫米時，測試過程中用來固定封裝的真空是無效的。被測器件和場板之間的電容也非常小，這就導致了非常快的CDM電流脈衝。這些脈衝具有不可忽略的峰值電流，但具有非常快的上升時間和非常窄的脈衝寬度，這使得這些脈衝無法用標準的1 GHz測量系統進行測量。此外，脈衝內的總電荷是如此之小，以至於在非常小的封裝中積體電路的CDM故障很少被看到。由於這些原因，由於測試的難度和非常低的故障機率，在非常小的封裝中積體電路的測試通常不進行（如供應商和客戶之間的協議）。任何由於封裝尺寸而不能完成CDM的器件或封裝都應被記錄。
2.8 晶圓或裸晶片Die注意事項
本標準中描述的測試方法也可用於評估作為晶圓片或裸晶片運輸的元件。由於器件的限制，晶圓或裸晶片的標準化CDM應力沒有定義。根據封裝測試限制和供應商與客戶之間的協議，作為裸晶片運輸的產品可能被放置在一個封裝中，以執行CDM應力。用於這種加應力的封裝應予以記錄。
2.9 失效準則
如果暴露於ESD脈衝後，器件不再滿足器件規格書的要求，則器件將被定義為失效。除非在器件規範中另有規定，應按照適用的器件規範在室溫下進行完整的直流引數和功能測試（初始和最終ATE驗證），其次是高溫。緊接著ESD測試的完整直流引數和功能測試提供了最壞情況下的資料結果。對於某些器件，在ESD測試後立即進行測試時，引數和功能特性可能會超出指定的器件規格限制，但隨著時間的推移會慢慢漂移到可接受的水平。如果完全的直流引數和功能測試被延遲，器件可能會在更高的CDM耐測試條件分類級別上被不恰當地分類。
2.10 驗收標準
如果樣品組中的所有器件在該測試條件水平及以下的壓力均透過，則該器件透過壓力測試條件水平。所使用的所有器件和樣品組必須透過第2。2節規定的測量要求和第2。9節規定的失效標準要求。使用表1中規定的分類等級，供應商應根據最大耐受性試驗條件電壓等級對裝置進行分類。由於CDM事件的複雜性，製造工藝、設計、材料或器件封裝的變化可能需要根據此測試方法重新分類。
表1 CDM 分級標準
2.11 測試報告
在完成本協議規定的所需測試後，應向用戶提交所進行測試的報告和詳細結果（定義如下），包括任何偏差。
A。 樣品細節
封裝配置（例如引線間距、引腳數、引線形式等）
樣本大小
B。 測試細節
放電方法（例如，單次或雙次）
壓力測試條件（TC）水平
測試/引腳劃分（如果適用）
角引腳測試方法（如果適用）
測試過程中的包定位（如果簡單的死bug定位不能用於特定的包）
執行的任何測試的異常
o小封裝的特殊注意事項
o將封裝安裝在代用品上
o晶片/裸晶片
c 測試結果
結果總結
圖2 推薦的CDM測試流程圖
總結
CDM測試的過程，就是模擬帶靜電的產品對外界放電的過程。
CDM是最容易被大家忽略的一個風險，所以晶片在做CDM測試時不可以疏忽，一定嚴格執行，避免帶來後續批次的質量風險和事故。
本文對AEC-Q100 E組的第3項內容CDM進行了介紹和解讀，希望對大家有所幫助。
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