應(yīng)用一種新的TLP測(cè)試方法解決ESD所引起的系統(tǒng)軟失效問(wèn)題

1、    應(yīng)用一種新的tlp測(cè)試方法解決esd所引起的系統(tǒng)軟失效問(wèn)題    劉蕊【摘 要】隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，esd引發(fā)的問(wèn)題越來(lái)越引起重視。tlp作為一種研究時(shí)域esd事件下的集成電路技術(shù)和電路行為的方法，被廣泛應(yīng)用到終端產(chǎn)品防護(hù)性能設(shè)計(jì)、模塊或集成電路芯片的防護(hù)性能研究中。本文通過(guò)介紹tlp的基本原理提出一種新的測(cè)試方法解決了如何通過(guò)tlp測(cè)試方法進(jìn)行干擾噪聲注入來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的esd軟失效問(wèn)題，該方法在手機(jī)類產(chǎn)品測(cè)試中非常有效?！娟P(guān)鍵詞】esd；tlp；測(cè)試方法；系統(tǒng)軟失效0 引言隨著消費(fèi)類終端手持式產(chǎn)品日益增多、結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，且半導(dǎo)體工藝縮小及更小的s

2、mt封裝、更低的電壓等級(jí)、更低的電容值及更低的電流等級(jí)等，所面臨的esd（electro-static discharge， 靜電放電）挑戰(zhàn)日趨嚴(yán)重。靜電是一種客觀存在的自然現(xiàn)象，產(chǎn)生的方式多種，如接觸、摩擦、電器間感應(yīng)等。靜電的特點(diǎn)是長(zhǎng)時(shí)間積聚、高電壓、低電量、小電流和作用時(shí)間短的特點(diǎn)。當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，其中一個(gè)趨從于另一個(gè)吸引電子，因而二者會(huì)形成不同的充電電位。人體自身的動(dòng)作或與其他物體的接觸，分離，摩擦或感應(yīng)等因素，可以產(chǎn)生幾千伏甚至上萬(wàn)伏的靜電。esd對(duì)于電路引起的干擾、對(duì)元器件、cmos電路及接口電路造成的破壞等問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。電子設(shè)備的esd很早就作為電磁兼容性測(cè)試的一項(xiàng)

3、重要內(nèi)容被寫入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。傳輸線脈沖tlp（transmission line pulse）測(cè)試是通過(guò)將產(chǎn)生的高壓脈沖注入到dut（待測(cè)器件），并測(cè)量dut在時(shí)域的電流電壓波形來(lái)研究或評(píng)估集成電路esd防護(hù)性能的一種方法。本文重點(diǎn)介紹tlp的基本原理以及如何通過(guò)tlp測(cè)試方法進(jìn)行干擾噪聲注入來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的esd軟失效問(wèn)題。1 tlp測(cè)試技術(shù)tlp 測(cè)試之前首先對(duì)電路中的一段傳輸線充電，然后將被測(cè)器件接入，充電后的傳輸線通過(guò)被測(cè)器件放電。改變電路的輸入電壓和傳輸線路的長(zhǎng)度可以模擬不同能量的esd 脈沖，從而得到器件的esd 大電流抑制能力。tlp 測(cè)試先從小電壓脈沖開(kāi)始，隨后連續(xù)增加直到獲

4、得足夠多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，以作出完整的i-v 曲線。通常測(cè)試脈沖的幅度會(huì)加大到使dut 徹底損傷為止，作而獲得其精確的允許最大脈沖電流，如圖1所示。tlp測(cè)試技術(shù)或方法同時(shí)適用于系統(tǒng)級(jí)esd（標(biāo)準(zhǔn)iec61000-4-2）以及集成電路級(jí)的hbm esd（標(biāo)準(zhǔn)ansi/esda/jedec js-001-2010）。tlp通常被用于評(píng)估esd的硬失效，即增加脈沖電壓的幅值直到dut損壞。應(yīng)用場(chǎng)景如下：評(píng)估esd保護(hù)器件性能（比較動(dòng)態(tài)阻抗rdyn和鉗位速度）；評(píng)估設(shè)備和模塊的esd失效等級(jí)；當(dāng)需要不同的脈沖形狀（tlp， hmm， hbm ），脈沖寬度，上升時(shí)間或者不同的電流注入等級(jí)（40a， 90a，

5、160a ）時(shí)，可使用tlp測(cè)試；評(píng)估安全工作區(qū)域；觸摸板的擊穿和熔斷敏感度等。3 tlp測(cè)試esd軟失效方法本文采用一種新的tlp測(cè)試方法，主要用來(lái)評(píng)估或定位整改esd軟失效問(wèn)題。以手機(jī)產(chǎn)品的esd為例，對(duì)金屬外殼或usb連接器空氣放電+-8kv，手機(jī)自動(dòng)重啟。金屬外殼或usb連接器通常和pcb的地連接在一起，即當(dāng)esd放電到系統(tǒng)地是便會(huì)引起失效。嘗試在中斷或復(fù)位信號(hào)加電容或esd保護(hù)器件瞬態(tài)抑制二極管tvs（transient voltage suppressor）均為有改善。最終采用tlp測(cè)試系統(tǒng)從pcb板上注入不同類型的干擾脈沖來(lái)定位并查找板子上的esd敏感區(qū)域或走線。不同于硬件失效評(píng)

6、估時(shí)dut關(guān)機(jī)狀態(tài)，esd軟失效的評(píng)估是在dut開(kāi)機(jī)時(shí)進(jìn)行的。如果將tlp系統(tǒng)直接連接到pcb，其寄生參數(shù)往往會(huì)影響到dut本身的正常工作，于是我們采用串接器件的方法注入脈沖干擾信號(hào)。常用的串接器件為電阻、電容或tvs，往往根據(jù)脈沖注入點(diǎn)的信號(hào)屬性來(lái)決定。其主要區(qū)別為：電阻串聯(lián)對(duì)波形改變不大，主要影響幅值；電容串接情況下只有尖端快速脈沖可以通過(guò)，尤其適用于高速脈沖信號(hào)所引起的系統(tǒng)失效；而tvs串接情況下，第一個(gè)尖脈沖會(huì)被tvs吸收，只有寬脈沖信號(hào)可以通過(guò)。tlp測(cè)試系統(tǒng)選用的是德國(guó)hppi公司的3010c，系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖2。測(cè)試方法如下：（1）首先將手機(jī)板上電，一切功能正常以后，然后逐個(gè)將tlp

7、輸出波形注入到pcb上。（2）將tlp的波形直接注入或者串接電阻分別注入到pcb top & bottom層的各個(gè)地，電壓從低到高，定位是否存在敏感的地區(qū)域。（或結(jié)合信號(hào)完整性工具，通過(guò)諧振仿真分析潛在的熱點(diǎn)，然后對(duì)熱點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析、脈沖波形注入）（3）將tlp的波形分別串接電容或tvs，對(duì)各個(gè)電源線脈沖注入，如vdd_core， vdd_ddr， vdd_reg， avdd， vcharge等等，定位尋找敏感的電源線。（4）將tlp的波形分別串接電容或tvs，對(duì)重點(diǎn)或敏感信號(hào)線進(jìn)行脈沖注入，如reset， interrupt， clk&data等等，定位尋找敏感的電源線。（5

8、）將以上測(cè)試結(jié)果分析總結(jié)，以本測(cè)試手機(jī)為例，最終發(fā)現(xiàn)jtag_rst和vdd_ddr兩個(gè)電源或信號(hào)線最為敏感，最終解決辦法為在jtag_rst上加1nf電容，并優(yōu)化vdd_ddr的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3 小結(jié)tlp測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)有很多，如：波形簡(jiǎn)單且穩(wěn)定、易于重復(fù)產(chǎn)生；脈沖的寬度以及幅度可任意調(diào)節(jié)，可適用于不同情況下的esd評(píng)估；可同時(shí)監(jiān)測(cè)dut的電壓、電流以及漏電流等實(shí)用信息；還可用于器件的建模并仿真。本應(yīng)用中，除了tlp的基本優(yōu)點(diǎn)以外還成功的將tlp應(yīng)用到系統(tǒng)上電情況下的esd系統(tǒng)軟失效問(wèn)題，對(duì)解決電子產(chǎn)品中遇到的實(shí)際esd問(wèn)題幫助非常大。 【參考文獻(xiàn)】1joost willemen， davi

9、d johnsson， yiqun cao， matthias stecher， “a tlp-based characterization method for transient gate biasing of mos devices in high-voltage technologies”，electrical overstress/ electrostatic discharge symposium （eos/esd）， 2010 32nd.2d. pogany ，d. johnsson，s. bychikhi，k. esmark， p. rodin，m. stecher， e. g

10、ornik， h. gossner， “measuring holding voltage related to homogeneous current flow in wide esd protection structures using multilevel tlp”，ieee transactions on electron devices （ volume： 58， issue：2， feb.2011）.3david johnsson， harald gossner，“study of system esd codesign of a realistic mobile board”，electrical overstress/electrostatic discharge symposium （eos/esd）， 2011 33rd.4benjamin orr，david johnsson， krzysztof domanski， harald gossner， david pommerenke， “a passive coupling circuit for injecting t