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DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE

Einführungsbeitrag

In diesem Teil von IEC 60749 wird das Verfahren für die Prüfung, Bewertung und Klassifizierung von Bauelementen und Mikroschaltungen nach ihrer Störanfälligkeit (Empfindlichkeit) gegen Beschädigung oder Beeinträchtigung festgelegt, wenn diese einer definierten elektrostatischen Entladung (ESD) im feldinduzierten Charged Device Model (CDM) ausgesetzt werden. Alle gehäusten Halbleiterbauelemente, Dünnfilmschaltungen, akustischen Oberflächenwellen-Bauelemente (SAW; englisch: surface acoustic wave), optoelektronischen Bauelemente, integrierten Hybridschaltungen (HIC; englisch: hybrid integrated circuits) und Multi-Chip-Module (MCM), die eines dieser Bauelemente enthalten, sind nach diesem Dokument zu bewerten. Um die Prüfungen durchzuführen, werden die Bauelemente in einem Gehäuse montiert, das ähnlich dem Gehäuse ist, welches in der endgültigen Anwendung erwartet werden kann. Dieses CDM-Dokument ist nicht für SDM-Prüfeinrichtungen (englisch: Socketed Discharge Model) anzuwenden. Dieses Dokument beschreibt das feldinduzierte (FI-) Verfahren. Eine Alternative, das Direktkontaktverfahren (DC-Verfahren), wird in Anhang J beschrieben. Der Zweck dieses Dokuments ist die Festlegung eines Prüfverfahrens, mit dem CDM-Ausfälle kopiert werden und welches ungeachtet der Art des Bauelements von Prüfeinrichtung zu Prüfeinrichtung zuverlässige und wiederholbare CDM-ESD-Prüfergebnisse liefert. Wiederholbare Daten lassen präzise Klassifizierungen und Vergleiche der CDM-ESD-Empfindlichkeitsstufen zu. Dieses CDM-Dokument (englisch: Charged Device Model) ist nicht für SDM (englisch: Socketed Discharge Model)-Prüfeinrichtungen anzuwenden. Die frühesten Prüfmodelle und -normen für elektrostatische Entladung (ESD) simulieren ein aufgeladenes Objekt, das sich einem Bauelement nähert und sich durch das Bauelement entlädt. Das bekannteste Beispiel ist IEC 60749-26, das Human Body Model (HBM). Mit zunehmender Nutzung automatisierter Systeme zur Handhabung der Bauelemente wird jedoch ein weiterer potenziell zerstörender Entladungsmechanismus, das Charged Device Model (CDM), immer wichtiger. Beim CDM wird ein Bauelement selbst aufgeladen (zum Beispiel durch Gleiten auf einer Oberfläche (Aufladen durch tribomechanische Vorgänge) oder durch elektrische Feldinduktion) und wird (durch ein ESD-Ereignis) schnell entladen, wenn es einem leitfähigen Objekt sehr nahe kommt. Ein entscheidendes Merkmal des CDM ist die Metall-Metall-Entladung, die zu einer sehr schnellen Übertragung der Ladung durch einen Lichtbogendurchschlag führt. Das CDM-Prüfverfahren simuliert auch Metall-Metall-Entladungen, die sich aus anderen ähnlichen Szenarien ergeben, wie zum Beispiel die Entladung aufgeladener Metallobjekte an Bauelementen mit einem anderen Potential. Eine genaue Quantifizierung und Reproduzierbarkeit dieses schnellen Metall-Metall-Entladeereignisses ist aufgrund der Beschränkungen der Messausrüstung und ihres Einflusses auf das Entladeereignis sehr schwierig, wenn nicht unmöglich. Die CDM-Entladung ist in der Regel in wenigen Nanosekunden abgeschlossen, und es wurden schon Stoßströme von mehreren zehn Ampere beobachtet. Der Stoßstrom in das Bauelement variiert in Abhängigkeit von einer großen Anzahl von Faktoren erheblich, einschließlich Gehäusetyp und parasitärer Elemente. Der typische Ausfallmechanismus, der bei MOS-Bauelementen für das CDM-Modell beobachtet wird, sind dielektrische Schäden, obwohl auch andere Schäden festgestellt wurden. Die CDM-Ladespannungsempfindlichkeit eines gegebenen Bauelements ist abhängig vom Gehäuse. Zum Beispiel kann die gleiche integrierte Schaltung (IC) in einem kleinflächigen Gehäuse im Vergleich zur selben IC in einem Gehäuse des gleichen Typs mit einer größeren Fläche bei einer gegebenen Spannung möglicherweise weniger anfällig für CDM-Schäden sein. Es wurde gezeigt, dass die Anfälligkeit für CDM-Schäden besser mit Stoßstrompegeln als mit Ladespannungen korreliert.

Änderungsvermerk

Gegenüber DIN EN 60749-28 (VDE 0884-749-28):2018-02 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) ein neuer Unterabschnitt und ein neuer Anhang über die Probleme im Zusammenhang mit der CDM-Prüfung von integrierten Schaltungen und Einzel-Halbleiterbauelementen in sehr kleinen Gehäusen; b) Änderungen zur Klärung der Reinigung von Bauelementen und Prüfvorrichtungen.

Zuständiges nationales Arbeitsgremium

DKE/K 631 - Halbleiterbauelemente