芯片的HBM静电都有哪些测试标准,各标准之间有没有差异?

原创 硬件驿站 2024-11-03 20:08
在做芯片选型的时候,我们通常会对比各厂家芯片的ESD性能,比如A厂家芯片的HBM静电指标为2KV,B厂家的达到了4KV,如果在各方面条件都差不多的情况下,用户会更倾向于选择静电指标更高的芯片。

我们知道,芯片的静电测试标准主要有HBM,MM和CDM,通过前面文章,我们知道了如下两点信息。

1.上面三种测试标准,MM现在只是可选项,不做强制要求,参考文章:

芯片规格书里的静电指标为什么很少看到机器模型(MM)了

2.芯片的静电测试和产品的静电测试标准不同,且差异较大,参考文章:

为什么MCU规格书上静电等级4KV,在产品上测试却2KV都不过?

本文讨论一下芯片规格书中最常见的HBM标准。

先提出如下几个问题,看看大家是怎样理解的。

1、芯片数据手册上的HBM测试数据一般参考了什么标准?
2、如果两款芯片的HBM静电指标都为2KV,但采用的测试标准不同,你觉得两者抗静电能力是相同还是不同?
3、如果各静电测试标准有差异,差异有多大?

先看第一个问题,从不同的厂家数据手册上截取有关芯片HBM的参考标准,列举如下:

芯片1

芯片2

芯片3

芯片4    

芯片5

从上面的数据可以看出,以上所列出的芯片包含了5种HBM测试标准,且静电数据都是2000V,所涉及的测试标准如下:

相关的标准组织和协会如下:

  • JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council),固态技术协会

  • ESDA(Electrostatic Discharge Association),美国静电放电协会

  • ANSI(AMERICAN NATIONAL STANDARDS INSTITUTE),美国国家标准学会

  • AEC(Automotive Electronics Council),汽车电子委员会

  • MIL-STD (US Military Standard),美国军标


回到第二个问题,上述5个测试标准,是否有差异?

我们先查找JS-001的标准文档,里面有描述:

从上文可以看出,JS-001合并了JESD22-A114和ANSI/ESD STM5.1-2007这两份标准为一种标准。

基于此,本文只对ESDA/JEDEC JS-001、AEC Q100-002和MIL-STD-883,Method 3015.7这3个标准的差异进行分析。    

要知道这些静电标准的差异,就需要知道静电测试的电压和电流以及测试方法,而电压电流和测试所选取的RC取值直接相关,但是以上3种测试标准的RC取值都一样:R=1.5KΩ,C=100pF。仅仅从RC的取值找不到各标准的差异。

我们知道,同等的测试电压,测试环境的寄生效应会导致电流波形存在差异,峰值电流也会和寄生参数直接相关。

下面对比各个标准的测试流程,峰值电流以及电流波形,如下:

MIL-STD-883

测试次数和时间间隔:

电流波形:

电流峰值对照表:    

ESDA/JEDEC JS-001

测试次数和时间间隔:

电流波形:    

电流峰值对照表:    

AEC_Q100-002D

测试次数和时间间隔:

电流波形:    

电流峰值对照表:

以上3种测试标准,仅从峰值电流和电流波形看,还是看不出太大区别。

但测试的脉冲数和测试间隔时间存在较大差异。    

对比如下:

从这个表格可以看出3种标准的测试方法是存在差异的,并且没有数据表明这些差异不会对测试结果产生影响。

要搞清楚这几种标准对测试结果是否有影响,最直接的方法就是进行试验验证。

第3项为车规标准,仅列参考,下面只对前面2项静电标准进行对比测试说明。

实验1(数据来自互联网),某芯片测试对比数据如下:    

 

   

此芯片的静电测试结果如下:

1.采用MIL-STD-883标准,2颗50V不过,1颗过200V。

2.采用JS-001标准,1颗过50V,1颗过400V,1颗过500V。

3.测试数据显示:JS-001测试指标比MIL-STD-883更好

上述网上收集的数据虽然具有一定参考性,但是50V的静电指标,和我们日常使用的2000V左右的芯片静电数据差异太大,因此有必要找出更接近实际应用的芯片数据对比参考。

实验2,外购的芯片,委托国内的一家测试机构实测数据如下:    

   

   

此芯片的静电测试结果如下:

1.采用MIL-STD-883标准:2颗过1000V,1颗过1500V。

2.采用JS-001标准:3颗都过2000V。

3.测试数据显示JS-001测试指标比MIL-STD-883更好

          

总结:

1、在阅读芯片静电指标时,所参考的测试标准也需要了解。
2、从本文的对比数据来看,MIL-STD-883标准和JS-001存在差异,且MIL-STD-883标准更严。
3、从MIL-STD-883标准和JS-001测试方法对比来看,测试脉冲的次数对测试数据结果有较大的影响。    

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