芯片封装对ESD影响如何做静态检查

zhangyang370281

目前遇到一个问题：一芯片在A款封装下通过了2KV HBM ESD测试（2.5KV失效），在B款封装（die是一样的）下未通过2KV HBM ESD测试，两款芯片只是封装设计不同，目前想确认一下B款芯片ESD失效原因，为什么封装改变反而降低了芯片ESD等级，想找一个芯片级静态检查工具和方法，能否带着封装参数做芯片的ESD静态检查，分析封装对ESD性能的影响
各个大佬有无遇到类似的问题，大家芯片流片前的ESD静态检查都是怎么做的？欢迎交流沟通

jinpeng.li

应该是封装走线的电阻不同吧

zhangyang370281

jinpeng.li 发表于 2025-2-19 11:13
应该是封装走线的电阻不同吧

封装信号走线会有差异，但是信号线都是金属铜走线且很厚，走线电阻不会差异太大的，我倒是怀疑封装电感的影响，不知道这个怎么仿真检查，或者是判决条件是什么？

tStone

单从封装打线上来说有以下几点猜测：
1、是不是换了封装之后某些信号的走线拉长了，导致原来可以pass的端口fail了
2、是不是换了封装之后，die上的GND和封装上的GND被拉长了，导致整个芯片的的ESD能力下降了
3、是不是原来的封装散热能力较好，新的封装散热差一些，导致ESD事件触发时内部温度更高，再叠加上本来的ESD能力也不是很强（2kV），可能在失效的边缘徘徊。（瞎猜）

zhangyang370281

tStone 发表于 2025-2-19 17:22
单从封装打线上来说有以下几点猜测：
1、是不是换了封装之后某些信号的走线拉长了，导致原来可以pass的端口 ...

感谢解惑，我的想法如下

单从封装打线上来说有以下几点猜测：
1、是不是换了封装之后某些信号的走线拉长了，导致原来可以pass的端口fail了
回复：失效的位置在信号管脚，我理解的信号管脚电阻变大，反而有利于HBM ESD，可以理解HBM模型串联的1.5K欧电阻的延伸，管脚先过ESD再到电路，因此信号管脚到ESD的电阻在放电公共路径（和模型串联的1.5K欧电阻一样）上，这部分电阻反而有利于HBM ESD，所以我不认为这是Fail的原因

2、是不是换了封装之后，die上的GND和封装上的GND被拉长了，导致整个芯片的的ESD能力下降了
回复：封住后的GND平面是非常强壮的（很厚的铜皮），这部分电阻很小的，不会导致ESD能力下降
3、是不是原来的封装散热能力较好，新的封装散热差一些，导致ESD事件触发时内部温度更高，再叠加上本来的ESD能力也不是很强（2kV），可能在失效的边缘徘徊。（瞎猜）


答复：HBM ESD测试时，芯片都没有供电，不在工作状态，而且ESD事件触发时间很短，远小于热扩散时间（可以查阅一下热扩散系数），所以散热能力对HBM ESD几乎无影响

tStone

zhangyang370281 发表于 2025-2-19 17:58
感谢解惑，我的想法如下

单从封装打线上来说有以下几点猜测：

你的回复有道理，我没有深入的思考过，只是假定一些可以走的方向（貌似很容易就被推翻了），那我再提出两条吧：
1、是不是ESD测试厂家再进行ESD测试时用了不同的测试机台，例如最开始用的是Zapmaster，后来用的是MK2，这两种测试出来的结果可能有差异。（这个是我们合作过的ESD测试厂给我们的说法）

2、是不是两次封装的芯片是不同的批次，例如第一次是去年封装的，第二次是今年封装的。（根据ESD测试厂给我们的消息，一些公司会定期的对同一款芯片进行ESD测试，即使不换封装也会这么做，那我猜测是不是这些公司担心不同的批次ESD性能有波动，虽然我们至今都没有遇到过类似的问题。）

gratwo

封装参数影响是有的。

从你描述来看，芯片本身esd能力应该就是2kv附近。
封装引入的参数，主要的影响不是电阻和电容，二者都很小。
电感的影响大。

你可以带上封装寄生，进行仿真看看电流~~~

zhangyang370281

tStone 发表于 2025-2-20 08:43
你的回复有道理，我没有深入的思考过，只是假定一些可以走的方向（貌似很容易就被推翻了），那我再提 ...

1、是不是ESD测试厂家再进行ESD测试时用了不同的测试机台，例如最开始用的是Zapmaster，后来用的是MK2，这两种测试出来的结果可能有差异。（这个是我们合作过的ESD测试厂给我们的说法）
回复：首先ESD厂家在测试芯片ESD之前都会调教自己的设备，使用标准测试电路使得zapper的ESD波形（I-t曲线）满足标准要求（比如GJB和JEDEC-js001），比如上升时间范围、持续时间范围、峰值电流、峰值电流附件的波动等等，所以每次调教出的标准ESD电流波形会有差异，但是满足标准中规定的范围值，结果可能会有差异（差异不大）

2、是不是两次封装的芯片是不同的批次，例如第一次是去年封装的，第二次是今年封装的。（根据ESD测试厂给我们的消息，一些公司会定期的对同一款芯片进行ESD测试，即使不换封装也会这么做，那我猜测是不是这些公司担心不同的批次ESD性能有波动，虽然我们至今都没有遇到过类似的问题。

答复：这个确认过了，同一批次的芯片（1个LOT），但是不同晶圆，不同晶圆的生产工艺角不同，我们严重怀疑工艺角的影响，之前过2KV的采用的TT生产的，后面不过2KV才采用的FF生产的，当然工艺角对ESD性能的影响是什么样的？目前还不清楚，不知您了解多少
另外比较了不同封装两颗芯片失效管脚的电学参数差异很小，电感差异不超过10%，肯定不是封装降低了ESD性能

zhangyang370281

gratwo 发表于 2025-2-20 14:00
封装参数影响是有的。

从你描述来看，芯片本身esd能力应该就是2kv附近。

没有做过这种ESD级仿真，平常都是做静态检查，主要没有器件ESD模型，毕竟高电压强电流下的器件模型和平常正常工作电压下的器件模型差异很大

gratwo

zhangyang370281 发表于 2025-2-24 21:18
没有做过这种ESD级仿真，平常都是做静态检查，主要没有器件ESD模型，毕竟高电压强电流下的器件模型和平常 ...

大概率也不需要仿真，看看两个封装的参数就可以了