抗靜電保護測試系統(tǒng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ESD靜電放電測試領(lǐng)域，尤其涉及靜電放電保護電路的測試。
【背景技術(shù)】
[0002]TLP是利用一段短脈沖方波模擬人體靜電放電模式能量去轟擊集成電路系統(tǒng)或器件，從而測試內(nèi)置靜電放電保護集成電路或器件的1-V特性的分析工具。利用TLP測試方法對ESD保護電路的測試，我們可以抽取出保護電路的動作參數(shù)，精確地得出器件的擊穿電壓和電流，從而看到保護電路的特性，器件擊穿前的1-V曲線為設(shè)計人員提供了可供研究參考分析的數(shù)據(jù)。最終實現(xiàn)高效率的設(shè)計變更，縮短開發(fā)周期，從而極大地節(jié)約了成本。自從TLP作為靜電放電的標準以來，TLP測試法逐漸取代了 HBM，CDM這些破壞性測試，成為靜電放電領(lǐng)域中易于接受的一種測試方式。VF-TLP測試系統(tǒng)用來模擬CDM靜電放電模式，從而獲得更快時間的脈沖方波，也稱極快速TLP測試。
[0003]我們通過TLP (Transmiss1n Line Pulse)傳輸線脈沖測試系統(tǒng)的開發(fā),利用短脈沖方波模擬真實的靜電放電模式，來實現(xiàn)定量地進行ESD保護電路的性能特性評價的目標。
[0004]圖1為現(xiàn)有傳輸線脈沖測試系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)TJK意圖,其中該電路在傳輸線末端連接肖特基二極管，用以吸取負波脈沖，能夠測試阻抗小于傳輸線特性阻抗的組件特性。
[0005]該圖所示的結(jié)構(gòu)雖然能夠測試阻抗小于傳輸線脈沖測試系統(tǒng)阻抗的器件，但其僅適用于對放電脈沖電壓較低的環(huán)境中，對于在高壓放電脈沖，或者大阻抗器件的測試環(huán)境，該圖所示結(jié)構(gòu)所提供的測試結(jié)果遠遠不能滿足要求，因此亟需提高該結(jié)構(gòu)承受高脈沖放電壓能力和大阻抗器件測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了測試靜電放電保護電路電壓電流特性曲線的傳輸線脈沖測試系統(tǒng)，以提高測試結(jié)果的精確性。
[0007]本發(fā)明提供的雙線纜傳輸線脈沖測試系統(tǒng)，包括雙線纜傳輸線脈沖發(fā)生結(jié)構(gòu)，此外還包括用于為傳輸線充電的高壓直流電源充電模塊，用于匹配系統(tǒng)阻抗的衰減器結(jié)構(gòu)，以及實現(xiàn)波形邊沿整形的巴塞爾濾波器結(jié)構(gòu)。
[0008]一種雙線纜傳輸線脈沖發(fā)生系統(tǒng)，包括雙線纜傳輸線脈沖發(fā)生結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括用于為傳輸線充電的高壓直流電源充電模塊，用于匹配系統(tǒng)阻抗的衰減器結(jié)構(gòu)，以及實現(xiàn)波形邊沿整形的巴塞爾濾波器結(jié)構(gòu)。
[0009]可選的，所述雙線纜傳輸線模塊由兩段等長度，等材質(zhì)的射頻同軸電纜并聯(lián)構(gòu)成，連接至所述高壓直流電源充電模塊，用于存儲一定量的靜電能量并通過繼電器的快速閉合釋放瞬時的方波脈沖。
[0010]可選的，所述繼電器由5V脈沖控制的濕簧水銀繼電器構(gòu)成，并密封于屏蔽盒中。
[0011]可選的，所述衰減器結(jié)構(gòu)由π形異阻式衰減器構(gòu)成，用于過渡雙纜測試系統(tǒng)阻抗的變化，以及完美地消減反射波形。
[0012]可選的，，所述π形異阻式衰減器由無源電阻串并聯(lián)構(gòu)成，并密封于屏蔽盒中。
[0013]可選的，，所述濾波器結(jié)構(gòu)由三元巴塞爾濾波器構(gòu)成，連接在衰減器的后邊，用于產(chǎn)生上升時間為2?1ns靜電脈沖。
[0014]可選的，所述濾波器由串臂電感和并臂電容構(gòu)成，并密封于屏蔽盒中。
[0015]可選的，所述傳輸線脈沖測試系統(tǒng)還包括漏電流測試部分，所述漏電流測試部分由皮安表和電壓源構(gòu)成。
[0016]本發(fā)明實施例提供的傳輸線脈沖測試系統(tǒng)，TLP測試系統(tǒng)是利用一段短脈沖波測試內(nèi)置靜電放電保護集成電路的1-V特性的工具。它的基本原理是通過射頻雙纜傳輸線充放電過程，產(chǎn)生瞬時的矩形波脈沖用以模擬人體模式的靜電放電現(xiàn)象沖擊ESD保護電路，從而評價保護電路所能承受的抗ESD能力。
【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有傳輸線脈沖發(fā)生系統(tǒng)示意圖；
圖2為本發(fā)明優(yōu)選傳輸線脈沖發(fā)生電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]在現(xiàn)有TLP傳輸線脈沖測試系統(tǒng)中，由于阻抗不匹配引起的反射波，對測試結(jié)果帶來很大的影響，造成數(shù)據(jù)結(jié)果的偏差。在傳輸線終端加上肖特基二極管，只能用以削弱負向的反射波形，這對阻抗大于傳輸線特性阻抗的被測器件產(chǎn)生的正向反射波是不起作用的。并且當沖電電壓不斷增大，大于肖特基二極管的反向擊穿電壓時，將導致系統(tǒng)失效，形成連續(xù)的反射波形，很難得到準確的測試結(jié)果。因此它的性能參數(shù)和準確性是難以滿足用戶要求的。
[0019]本發(fā)明人提出可以設(shè)計終端開路的雙線纜的傳輸線脈沖放電，用以提高測試脈沖放電能量，并設(shè)計異阻式衰減器使得系統(tǒng)得到阻抗匹配。這種方法可以很好地抑制反射波，使同軸線的終端阻抗匹配。
[0020]由于所述異阻式衰減器的主要作用是在傳輸線和被測器件之間起阻抗匹配作用，因此該衰減器結(jié)構(gòu)可以有多種，只要其兩端的特性阻抗能夠滿足系統(tǒng)整體阻抗匹配即可，下文本申請的實施例僅給出了優(yōu)選的異阻式衰減器結(jié)構(gòu)，并非對異阻式衰減器結(jié)構(gòu)的限制。
[0021]在添加異阻式衰減器結(jié)構(gòu)后，能夠一定程度上消減反射波，提高傳輸線脈沖系統(tǒng)阻抗的匹配性，使加在被測器件兩端的波形呈現(xiàn)出完美的矩形波。解決了圖1中所示結(jié)構(gòu)反射波弓I起的測試數(shù)據(jù)不準確問題。
[0022]由于加入的衰減器會造成功率的衰減，使加在被測器件兩端的測試電壓會小于放電電壓，業(yè)界普遍采用精密的高壓直流電源來達到提升DUT兩端電壓的方法。高壓源設(shè)備價格昂貴，成為TLP測試機高成本中的關(guān)鍵部分之一。本設(shè)計提出終端開路的雙線纜的傳輸線脈沖放電，這種大電流放電可以增加測試器件上的脈沖能量，節(jié)約系統(tǒng)成本。
[0023]為進一步提高靜電測試的準確性，本發(fā)明人還提出可以加入衰減濾波電路，TLP測試系統(tǒng)中，三元巴塞爾濾波器可以很好地實現(xiàn)波形邊沿整形，幾乎沒有過沖現(xiàn)象。此外，由于器件的值比較小，我們應(yīng)當把濾波器密封于鋁盒中，以減小雜散寄生效應(yīng)。
[0024]所述衰減濾波電路通過設(shè)定無損耗的低通濾波器的截止頻率，濾除高次諧波，可以延遲上升時間，并且不會引起反射波形。從而更真實地模擬自然界中ESD的放電脈沖現(xiàn)象。
[0025]圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例，其中直流高壓電源HV，保護電阻Rl和雙coax構(gòu)成充電儲存能量部分，用于為傳輸線充電，Rl為1M歐姆，雙coax為兩段并聯(lián)的10米射頻電纜；雙coax，relayl為放電部分，用于繼電器快速閉合時產(chǎn)生瞬間的方波脈沖，其中產(chǎn)生的脈沖寬度為100ns，脈沖幅值為充電直流電壓值；R2~R4構(gòu)成異阻式衰減器電路，用于匹配衰減電路兩端的阻抗；L1，Cl, L2構(gòu)成三元巴塞爾濾波器電路，產(chǎn)生2ns?1ns的上升沿。R5, R6, Ql組成了控制脈沖電路，用以繼電器的開合控制。同理，R7, R8, Q2為繼電器2的控制電路。
[0026]靜電脈沖測試從低壓脈沖開始，并以用戶設(shè)定的步長不斷增長幅度，被測器件DUT上的電壓和電流脈沖波形可以通過示波器觀測到，通過示波器觀測得到的波形，可以了解DUT的動態(tài)特性。電壓步長大小的選擇決定了 IV曲線圖上點的稠密情況。當電壓增大到被測器件損壞的幅值時，停止測試，此時可以得出被測器件精確的脈沖電流極限。器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損壞往往伴隨著被測器件引腳間漏電流的劇增。通過觀察DUT兩端的漏電流曲線評估器件的擊穿點，得到需要測試的數(shù)據(jù)。因此，每當測試完被測器件ι-v曲線的一個點，測試者必須通過漏電流測試驗證器件是否損壞。
[0027]TLP測量系統(tǒng)的搭建不但可以了解靜電放電防護組件的物理特性，而且能在芯片制作完成之初，即能先預(yù)測產(chǎn)品靜電放電的承受能力，以降低包裝及測試成本并增加產(chǎn)品的研發(fā)效率。TLP測量結(jié)構(gòu)的架設(shè)已成為ESD防護技術(shù)研發(fā)中的一項重要測量系統(tǒng)。TLP測試系統(tǒng)的研發(fā)，在ESD測試領(lǐng)域中開辟了一條新的途徑，在精準的測量半導體器件及集成電路特性方向是一個重大的突破，這在集成電路的設(shè)計領(lǐng)域具有重大的意義。
[0028]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種雙線纜傳輸線脈沖發(fā)生系統(tǒng)，包括雙線纜傳輸線脈沖發(fā)生結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括用于為傳輸線充電的高壓直流電源充電模塊，用于匹配系統(tǒng)阻抗的衰減器結(jié)構(gòu)，以及實現(xiàn)波形邊沿整形的巴塞爾濾波器結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的脈沖發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述雙線纜傳輸線模塊由兩段等長度，等材質(zhì)的射頻同軸電纜并聯(lián)構(gòu)成，連接至所述高壓直流電源充電模塊，用于存儲一定量的靜電能量并通過繼電器的快速閉合釋放瞬時的方波脈沖。3.如權(quán)利要求2所述的繼電器模塊，其特征在于，所述繼電器由5V脈沖控制的濕簧水銀繼電器構(gòu)成，并密封于屏蔽盒中。4.如權(quán)利要求1所述的脈沖發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述衰減器結(jié)構(gòu)由η形異阻式衰減器構(gòu)成，用于過渡雙纜測試系統(tǒng)阻抗的變化，以及完美地消減反射波形。5.如權(quán)利要求4所述的衰減器模塊，其特征在于，所述π形異阻式衰減器由無源電阻串并聯(lián)構(gòu)成，并密封于屏蔽盒中。6.如權(quán)利要求1所述的脈沖發(fā)生電路，其特征在于，所述濾波器結(jié)構(gòu)由三元巴塞爾濾波器構(gòu)成，連接在衰減器的后邊，用于產(chǎn)生上升時間為2?1ns靜電脈沖。7.如權(quán)利要求6所述的濾波器模塊，其特征在于，所述濾波器由串臂電感和并臂電容構(gòu)成，并密封于屏蔽盒中。
【專利摘要】本發(fā)明提供了雙纜傳輸線脈沖測試系統(tǒng)，我們通過TLP（TransmissionLinePulse）測試系統(tǒng)的開發(fā)，利用短脈沖方波模擬真實的靜電放電模式，來實現(xiàn)定量地進行ESD保護電路的性能特性評價的目標。以提高加載到被測器件兩端的測試能量，并可以提高測試結(jié)果的精確性。其中所述傳輸線脈沖測試系統(tǒng)，包括電壓充放電的傳輸線部分，此外還包括用于匹配系統(tǒng)阻抗，消減反射脈沖波形的衰減濾波電路結(jié)構(gòu)；該系統(tǒng)還包括用以評估器件內(nèi)部損壞的漏電流測試部分。其中所述衰減器部分采用異阻式衰減器設(shè)計方法，用以匹配前后阻抗的變化；濾波器設(shè)計部分采用巴塞爾濾波器，用以實現(xiàn)波形邊沿整形，幾乎沒有過沖現(xiàn)象。
【IPC分類】G01R31/00
【公開號】CN105093004
【申請?zhí)枴緾N201410216907
【發(fā)明人】張炯, 陳 光, 徐帆, 程玉華
【申請人】上海北京大學微電子研究院
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月22日