LATCHUP测试分析
ESD与latchup测试介绍
1、ESD模型分类 2、HBM和MM测试方法标准 3、 CDM模型和测试方法标准 4、拴锁测试 5、 I-V测试 6、标准介绍
1、ESD模型分类
因ESD产生的原因及其对集成电路放电的方式不同， 经过统计，ESD放电模型分下列四类:
(1) 人体放电模式 (Human-Body Model, HBM) (2) 机器放电模式 (Machine Model, MM) (3) 组件充电模式 (Charged-Device Model, CDM) (4) 电场感应模式 (Field-Induced Model, FIM) 另外还有两个测试模型： (5)对于系统级产品测试的IEC电子枪空气放电模式 (6)对于研究设计用的TLP模型
人体放电模式 (Human-Body Model, HBM)
人体放电模式(HBM)的ESD是指因人体在地上走动磨擦或其它因素在人体上 已累积了静电，当此人去碰触到IC时，人体上的静电便会经由IC的脚(pin)而 进入IC内，再经由IC放电到地去，如图2.1-1(a)所示。此放电的过程会在短 到几百毫微秒(ns)的时 间内产生数安培的瞬间放电电流，此电流会把IC内的 组件 给烧毁。 不同HBM静电电压相对产生的瞬间放电电流与时间的关系 显 示于图2.1-1(b)。对一般商用IC的2-KV ESD放电电压而言，其瞬间放电电流 的尖峰值大约是1.33 安培。
有关FIM的放电模式早在双载子(bipolar)晶体管时代 就已被发现，现今已有工业测试标准。
国际电子工业标准(EIA/JEDEC STANDARD) 中亦 有此电场感应模式订定测试规范 (JESD22-C101) 。
HBM, MM与CDM模型参数比较
2KV HBM, 200V MM, 与1KV CDM的放电电流比较，其中1KV CDM的放电电流 在不到1ns的时间内，便已冲到约15安培的尖峰值，但其放电的总时段约在10ns的 时间内便结束。此种放电现象更易造成集成电路的损伤。
闩锁效应latch up
闩锁效应（latch up）闩锁效应（latch up）是CMOS必须注意的现象，latch我认为解释为回路更合适，大家以后看到latch up就联想到在NMOS与PMOS里面的回路，其实你就懂了一半了.为什么它这么重要？因为它会导致整个芯片的失效，所以latch up是QUAL测试的一种，并且与ESD（静电防护）紧密相关。
第一部分 latch up的原理我用一句最简单的话来概括，大家只要记住这句话就行了：latch－up是PNPN的连接，本质是两个寄生双载子transisitor的连接，每一个transistor的基极（base）与集极（collector）相连，也可以反过来说，每一个transistor的集极（collector）与另一个transistor的基极（base）相连，形成positive feedback loop（正回馈回路）,下面我分别解释。
我们先复习什么是npn，如图1，在n端加正偏压，np之间的势垒就会降低，n端电子为主要载流子，于是电子就很开心地跑到p,其中有一部分电子跑得太开心了，中间的p又不够厚，于是就到pn的交界处，这时右边的n端是逆偏压，于是就很容易就过去了。
所以，左边的n为射极（emmiter，发射电子），中间P为基极（base），右边n为集极(collector,收集电子嘛）理解了npn，那么pnp就好办，如图2。
图2清楚的表示了latch up的回路。
左边是npn，右边是pnp，图3是电路示意图。
大家可以看出，P－sub既是npn的基极，又是pnp的集极；n－well既是既是pnp的基极，又是npn的集极，所以说，每一个transistor的集极（collector）与另一个transistor的基极（base）相连。
那么电流怎么走呢？比如在P＋加5V-->电洞被从P＋推到N well-->越过n well再到p sub-->这个时候，大家注意，电洞有两条路可走，一是跑到NMOS的N＋，二是跑到旁边的Nwell，nwell比n＋深，当然更好去，所以电洞又回去了。
ESD,Latch-up测试 介绍
ESD Design Window
Pin Combination in HBM/MM ESD Testing
10
0
0 -10
50
100
-20
-30
MM
150
•The CDM discharge is 100x faster than HBM or MM •The peak current can be 40x that of an HBM pulse
200
ns
ESD/Latch-Up
但测试过程中出现异常,虽经由操作人员做重置(Re-set)或重开机 也不能回复功能, 这种情况大概产品已损伤严重, 仅符合D级判定 结果.(这属不合格)。
依IEC 61000-4-2法规建议,产品采购验证必须符合A级或B级的 判定才能接受, C级和D级判定是不合格的.
ESD/Latch-Up
4.抗栓鎖(Latch-Up)測試主要國際規範:
*JEDEC EIA/JESD78A 電子工業協會 *AEC-Q100-004-REV-C 汽車電子協會
ESD/Latch-Up
Special
IEC 61000-4-2 放 电 示 意 图
IEC 61000-4-2 放 电 Waveform
IEC 61000-4-2 测试结果评估判定
ESD测试结果评估须按被测试产品功能受影响的程度做判定, 依法规系将受影响的程度分为四级,说明如下：
Level 1 2 3 4
latch up测试标准
latch up测试标准Latch up是指集成电路中的一种失效现象，当一个晶体管或器件被误用时，或由于外界干扰等原因导致，会出现电流过大的现象，从而导致电路失效或损坏。
Latch up测试是为了验证电路的稳定性和可靠性，以确保电路能够正常工作并长期稳定运行。
Latch up是一种瞬态故障，通常发生在集成电路中存在PNPN结构的电路，例如CMOS电路或双极性晶体管。
这种结构使得电路在特定条件下会形成一个自反馈回路，导致电流大幅度增加，进而导致电路失效。
Latch up测试通常包括以下步骤：1.设计电路：首先，在设计电路时需要充分考虑到避免触发Latch up现象的条件。
例如，采用合适的工艺参数和结构设计，选择适当的尺寸和电流容限，并避免形成PNPN结构的电路。
2.模拟仿真：使用电路仿真软件进行模拟分析，验证设计电路的稳定性和可靠性。
通过模拟仿真，可以观察电路在边界条件下是否可能出现Latch up现象。
3.制造过程控制：在芯片制造过程中，需要严格控制工艺参数和制造流程，以确保电路的稳定性。
例如，控制晶体管制造的掺杂浓度、尺寸和位置，避免PNPN结构的形成。
4.电流注入测试：进行电流注入测试是验证电路是否存在Latchup现象的重要步骤。
通常，将高电压施加到电路的输入、输出端口，然后测量电路中的电流变化。
如果电流显著增加，就说明电路存在Latch up现象。
5.温度测试：温度是影响电路稳定性的重要因素，因此进行温度测试可以验证电路在不同温度条件下的工作情况。
在温度测试中，可以观察电路在不同温度下的电流变化和稳定性。
6.电压应力测试：电压应力测试是在电路上施加不同的电压，并监测电流的变化。
通过电压应力测试，可以验证电路在不同电压条件下的稳定性和可靠性。
7.压耐测试：压耐测试是对电路进行高电压的耐受能力测试。
在压耐测试中，会施加高于设计电压的电压，并观察电路的稳定性和可靠性。
如果电路能够正常工作且没有失效，说明电路具有良好的压耐性能。
ESD与latchup测试介绍解读
HBM测试方法及标准 1.ANSI-STM5.1-2001 JESD22-A114D -2005 AEC-Q100-002D -2003 2.该标准用于明确HBM模式下的ESD电压敏感度的 测试、评价以及分级过程 3.整个测试过程繁琐，尤其对仪器及脉冲波形的校 验工作，但非常必要 4. ESD测试中，器件不在工作状态
FIM模式的静电放电发生是因电场感应而起的。当 IC因输送带或其它因素而经过一电场时，其相对 极性的电荷可能会自一些IC脚而排放掉，等IC通 过电场之后，IC本身便累积了静电荷，此静电荷 会以类似CDM的模式放电出来。
有关FIM的放电模式早在双载子(bipolar)晶体管时代 就已被发现，现今已有工业测试标准。 国际电子工业标准(EIA/JEDEC STANDARD) 中亦 有此电场感应模式订定测试规范 (JESD22-C101) 。
ESD模型及有关测试
1、ESD模型分类 2、HBM和MM测试方法标准 3、 CDM模型和测试方法标准 4、拴锁测试 5、 I-V测试 6、标准介绍
1、ESD模型分类
因ESD产生的原因及其对集成电路放电的方式不同， 经过统计，ESD放电模型分下列四类: (1) 人体放电模式 (Human-Body Model, HBM) (2) 机器放电模式 (Machine Model, MM) (3) 组件充电模式 (Charged-Device Model, CDM) (4) 电场感应模式 (Field-Induced Model, FIM) 另外还有两个测试模型： (5)对于系统级产品测试的IEC电子枪空气放电模式 (6)对于研究设计用的TLP模型
HBM/MM测量方法
如果每次调升的ESD测试电压调幅太小，则测试到IC脚损坏要 经过多次的ESD放电，增长测试时间; 若每次调升的ESD测试电 压太大，则难以较精确测出该IC脚的ESD耐压能力。 规定： 正负极性均要测试 从低压测到高压，起始电压为70%的平均ESD failure threshold (VESD) 步进当小于1000V时步进50V(100V)，大于1000V时步进 100V(250V, 500V) 可以是一个管脚步进测量或者所有管脚扫描测量
latch-up版图
latch-up原理分析
I n Out N+ P+ P+ Q1 Q2 N+ N+ P+
R w ell N w ell P- e p i
R su b P+s u b
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Huang Weiwei
latch-up原理分析
I n Out N+ P+ P+ Q1 Q1 Q2 OUT R su b P+s u b R su b Q2 OUT N+ N+ P+ R w ell
R su b
Q2
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latch-up原理分析
I n Out N+ P+ P+ Q1 Q2 N+ N+ P+ R w ell N w ell P- e p i R su b P+s u b
Latch up的具体原因5 5 产生Latch up
OUT Q1
R w ell
R su b
Q2
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latch-up原理分析
I n Out N+ P+ P+ Q1 Q2 N+ N+ P+ R w ell N w ell P- e p i R su b P+ s u b
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
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latch-up保护方法
latch up考核标准
latchup考核标准一、考核目的LATCHUP考核旨在评估员工在工作中对LatchUp知识的掌握程度和应用能力，以确保员工能够胜任相关岗位的工作，提高工作效率和质量。
二、考核范围tchUp基础知识：包括LatchUp定义、基本原理、特点等。
tchUp应用技能：包括LatchUp在电路设计、调试、测试等方面的应用技能。
3.实际案例分析：根据实际工作场景，对LatchUp应用案例进行分析和解决。
三、考核标准1.知识掌握程度：a.正确回答LatchUp基础知识试题的比例；b.能够运用LatchUp基础知识进行电路设计，说明其原理和应用；c.能够运用LatchUp基础知识解决实际工作中的问题，提供合理有效的解决方案。
2.技能应用能力：a.完成LatchUp电路调试的时间和成功率；b.能够在团队中有效协作，与其他成员共同完成LatchUp电路的设计和调试；c.能够根据实际需求，选择合适的LatchUp技术进行电路设计。
3.案例分析能力：a.对实际工作场景中的LatchUp应用案例分析的准确性和全面性；b.能够提出有效的解决方案，并得到实际验证；c.能够总结经验教训，为今后的工作提供参考。
四、考核方式1.笔试：通过试卷形式，测试员工对LatchUp基础知识和技能的掌握程度。
2.实践操作：员工在实际工作中应用LatchUp技术进行电路设计、调试和测试，展示技能应用能力。
3.案例分析：员工对实际工作场景中的LatchUp应用案例进行分析和解决，展示案例分析能力。
五、考核周期和评分标准1.考核周期：每季度进行一次LATCHUP考核，以确保员工能够及时了解自己的不足之处并加以改进。
2.评分标准：根据考核结果，员工将获得相应的分数和评级。
分数越高，评级越高，说明员工在LATCHUP方面的表现越好。
具体的评分标准如下：a.优秀（90分以上）：表现出色，能够熟练运用LatchUp技术进行电路设计、调试和测试，同时具备较强的案例分析能力；b.良好（80-89分）：表现良好，具备一定的LatchUp技能应用能力和案例分析能力，但仍需继续提高；c.一般（70-79分）：需要加强学习，具备一定的LatchUp基础知识，能够完成基本的电路设计和调试任务；d.待提高（70分以下）：需要加强学习和实践，尽快掌握LatchUp技术。
latch_up分析
闩锁效应（latch up）闩锁效应（latch up）是CMOS必须注意的现象，latch我认为解释为回路更合适，大家以后看到latch up就联想到在NMOS与PMOS里面的回路，其实你就懂了一半了.为什么它这么重要因为它会导致整个芯片的失效，所以latch up是QUAL测试的一种，并且与ESD（静电防护）紧密相关。
第一部分latch up的原理我用一句最简单的话来概括，大家只要记住这句话就行了：latch－up是PNPN的连接，本质是两个寄生双载子transisitor的连接，每一个transistor的基极（base）与集极（collector）相连，也可以反过来说，每一个transistor的集极（collector）与另一个transistor的基极（base）相连，形成positive feedback loop（正回馈回路）,下面我分别解释。
我们先复习什么是npn，如图1，在n端加正偏压，np之间的势垒就会降低，n端电子为主要载流子，于是电子就很开心地跑到p,其中有一部分电子跑得太开心了，中间的p又不够厚，于是就到pn的交界处，这时右边的n端是逆偏压，于是就很容易就过去了。
所以，左边的n为射极（emmiter，发射电子），中间P为基极（base），右边n为集极(collector,收集电子嘛）理解了npn，那么pnp就好办，如图2。
图2清楚的表示了latch up的回路。
左边是npn，右边是pnp图3是电路示意图。
大家可以看出，P－sub既是npn的基极，又是pnp的集极；n－well既是既是pnp的基极，又是npn的集极，所以说，每一个transistor的集极（collector）与另一个transistor的基极（base）相连。
那么电流怎么走呢比如在P＋加5V-->电洞被从P＋推到N well-->越过n well再到p sub-->这个时候，大家注意，电洞有两条路可走，一是跑到NMOS的N＋，二是跑到旁边的Nwell，nwell比n＋深，当然更好去，所以电洞又回去了。
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LATCH UP 测试
LATCH UP 测试。
但是，以前我没做过类似的工作，因为以前的公司的芯片LATCH UP测试都是找宜硕这样的公司进行测试。
LATCH UP测试主要分为VSUPPLY OVER VOLTAGE TEST ，I TEST。
I test又分为PIT（POSITIVE I TEST)和NIT(NEGATIVE I TEST)。
不过我们公司还增加了PVT(positive voltage test）和NVT（negative voltage test）。
在JESD78D 规范（这个可以从JEDEC 网站上下到）上提到latch up 的测试流程。
首先待测试的IC 需要经过ATE测试，保证功能是正常的。
然后首先进行I-TEST，如果I-TEST FAIL，那这颗芯片就没PASS，如果通过了I-TEST，然后再进行OVER VOLTAGE TEST; 如果此时IC FAIL，那么这颗芯片就没有通过LATCH UP TEST, 这些通过I-TEST 和OVER VOLTAGE TEST的芯片还要再进行ATE测试来确认芯片的功能是否正常。
但是好多公司最后的ATE测试都省了。
VSUPPLY OVER VOLTAGE TEST，主要是对芯片的电源引脚进行过压测试，如果芯片有多个电源引脚，每个电源引脚都要进行测试。
测试条件：一般是对电压引脚进行一个 1.5X MAX VSUPPLY的TRIGGER 测试，1）其他引脚接LOGIC HIGH, 2）其他引脚接LOGIC LOW。
这两种情况都要进行测试。
PIT 测试是对除电源和地外的其他I/O引脚进行测试。
电源接VCC，1）所有引脚接LOGIC HIGH, 然后给待测试引脚来一个POSITIVE TRIGGER CURRENT PULSE。
2）所有引脚接LOGIC LOW,然后给待测试引脚来一个POSITIVE TRIGGER CURRENT PULSE。
NIT 测试是对除电源和地外的其他I/O引脚进行测试。
电源接VCC，1）所有引脚接LOGIC HIGH, 然后给待测试引脚来一个Negative TRIGGER CURRENT PULSE。
2）所有引脚接LOGIC LOW,然后给待测试引脚来一个Negative TRIGGER CURRENT PULSE。
LATCH UP 失效判定标准：
如果INOM<=25mA, 经过LATCH UP 测试之后，发现电流>INOM+10,则该芯片没有PASS LATCH
UP 测试。
如果INOM>25mA, 经过LATCH UP 测试之后，发现电流>1.4X INOM,则该芯片没有PASS LATCH UP 测试。
LATCH UP 测试前后的电流对比差异，看有没有发生拴锁？
通常芯片经过LATCH UP 测试前后的电流变化很小。