ay: block;">近日,一批領(lǐng)先的芯片廠商開始努力推動(dòng)行業(yè)降低數(shù)字IC中的靜電放電(ESD)規(guī)范要求,一時(shí)間,籠罩在神秘“面紗”后的ESD成為眾人矚目的焦點(diǎn)。但是此舉卻遭到了一些人的反對(duì),他們認(rèn)為,降低ESD等級(jí)是種不顧及后果的莽撞行為,有可能會(huì)為芯片質(zhì)量和可靠性帶來災(zāi)難性后果。
在一個(gè)多月前于美國加州召開的國際ESD工作會(huì)議上,ESD目標(biāo)等級(jí)(ESD Target Levels)行業(yè)委員會(huì)發(fā)布了一份白皮書,提議把片上ESD應(yīng)力等級(jí)降低一半以上。該提議有望縮短芯片廠商的開發(fā)周期并降低成本,在一些新設(shè)計(jì)中,這些廠商為滿足目前的ESD等級(jí)要求絞盡腦汁。該委員會(huì)認(rèn)為,目前的ESD等級(jí)已經(jīng)過時(shí)而且要求過于苛刻,結(jié)果導(dǎo)致了不必要的調(diào)試時(shí)間、IC返工以及產(chǎn)品延期上市。此外,該委員會(huì)還聲稱,此提議不會(huì)對(duì)質(zhì)量和性能造成影響。
該委員會(huì)希望到2008年時(shí)業(yè)界能就該提議達(dá)成共識(shí),此外它還計(jì)劃將其白皮書提交給美國電子器件工程聯(lián)合委員會(huì)(Jedec)標(biāo)準(zhǔn)組織。預(yù)計(jì)Jedec可能不會(huì)把此提議認(rèn)定為一個(gè)正式標(biāo)準(zhǔn),但或許會(huì)同意或“劃分”新的ESD目標(biāo)等級(jí)。
提議引起各利益集團(tuán)的爭執(zhí)
隨著芯片和系統(tǒng)都變得越來越小、且越來越復(fù)雜,產(chǎn)品故障率會(huì)隨著ESD等級(jí)的降低而不斷提高。據(jù)美國靜電放電協(xié)會(huì)(ESDA)披露,由EDS問題而損壞的元器件,范圍從幾美分的簡單二極管到數(shù)百美元的復(fù)雜混合電路。
除了提出新的目標(biāo)等級(jí),該行業(yè)委員會(huì)還打算就提議的ESD等級(jí)爭取到相應(yīng)客戶的首肯。該委員會(huì)去年成立,目前包括的16家主要的公司有:ADI、AMD、飛思卡爾、富士通、IBM、英飛凌、英特爾、LSI、Matsushita、NXP、Oki、瑞薩、三星、Sarnoff、TI和臺(tái)積電。
但是考慮到OEM承擔(dān)著提升終端產(chǎn)品ESD保護(hù)水平的壓力,系統(tǒng)制造商們對(duì)降低ESD標(biāo)準(zhǔn)的做法并不滿意。“降低ESD等級(jí)是在拿產(chǎn)品質(zhì)量開玩笑。”一位供應(yīng)商表示,“他們這樣做舍棄了可靠性。換句話說,半導(dǎo)體行業(yè)是在推卸責(zé)任,把ESD難題轉(zhuǎn)嫁到其他人身上。”
甚至連ESD委員會(huì)的一位成員也認(rèn)為降低ESD等級(jí)會(huì)為電子行業(yè)帶來潛在問題。“我不認(rèn)為這是個(gè)好主意。”Sarnoff公司下屬子公司Sarnoff Europe的執(zhí)行總監(jiān)Koen Verhaege表示,“在沒有合理數(shù)據(jù)、明確以及客觀的證據(jù),證明降低等級(jí)不會(huì)影響質(zhì)量和良率的情況下,莽撞的更改規(guī)范是不顧及后果的作法,可能會(huì)對(duì)部門、公司及業(yè)務(wù)帶來致命損害。”
圖:隨著ESD目標(biāo)等級(jí)的降低,產(chǎn)品質(zhì)量要求也在降低。
Sarnoff公司是提供ESD保護(hù)IP的供應(yīng)商,一些人認(rèn)為,該公司的反對(duì)意見或許與其IP業(yè)務(wù)掛鉤,因?yàn)镋SD目標(biāo)等級(jí)的降低勢(shì)必會(huì)威脅到其IP業(yè)務(wù)。“他們不生產(chǎn)IC,所以動(dòng)機(jī)可能與我們不同。”TI公司硅技術(shù)部門科學(xué)家、業(yè)界知名ESD專家Charvaka Duvvury表示。
Duvvury聲稱,目前的ESD目標(biāo)等級(jí)對(duì)IC設(shè)計(jì)來說過于嚴(yán)格。他堅(jiān)稱,委員會(huì)提交的降低片上ESD目標(biāo)等級(jí)的提議不會(huì)對(duì)質(zhì)量、可靠性或性能產(chǎn)生影響。ESD委員會(huì)組織的大量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試也表明,降低ESD等級(jí)的數(shù)字芯片很少會(huì)出現(xiàn)問題或需要現(xiàn)場(chǎng)返修,他表示。
現(xiàn)在唯一的挑戰(zhàn)是如何說服客戶。“自然,我們會(huì)遇到阻力。”Duvvury指出,“客戶會(huì)認(rèn)為,我們是為了自己的利益才這樣做的。”
“但除非降低ESD目標(biāo)等級(jí)是安全的,否則芯片廠商也不會(huì)獲得什么好處。”市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Forward Concepts的總裁Will Strauss表示,“我站在芯片廠商這邊。”
Sanmina-SCI公司PCB和背板部門高級(jí)副總裁兼CTO George Dudnikov表示,現(xiàn)在就斷言提交的ESD目標(biāo)等級(jí)是否會(huì)對(duì)IC質(zhì)量產(chǎn)生整體影響為時(shí)過早。但他警告:“若良率受到影響,業(yè)內(nèi)很快就會(huì)公然對(duì)抗。”
傳統(tǒng)實(shí)施ESD保護(hù)的三個(gè)層面
全球最大的合同電子制造商之一Sanmina-SCI公司試圖把握這次機(jī)會(huì)。該公司與開發(fā)合作伙伴Shocking Technologies一起,共同設(shè)計(jì)一種板級(jí)的嵌入式ESD方案。該技術(shù)最終是要將ESD保護(hù)從芯片轉(zhuǎn)移到電路板上,Dudnikov表示。
多年來,OEM在三個(gè)層面實(shí)施ESD防護(hù)措施:系統(tǒng)級(jí)、板級(jí)以及芯片級(jí)。在系統(tǒng)級(jí),OEM一般采用獨(dú)立的ESD器件,用來防護(hù)特定I/O、連接器或其它器件內(nèi)的突發(fā)靜電浪涌。ESD器件遵循IEC 6100-4-2規(guī)范的抗擾度要求,該規(guī)范規(guī)定要抵御15,000V的空氣放電和8,000V的接觸放電。
“對(duì)系統(tǒng)公司來說,制造商的品質(zhì)至關(guān)重要。所以,ESD正在變得越來越重要。”Semtech公司營銷總監(jiān)Tom Dugan表示。Semtech是一家提供ESD保護(hù)器件及相關(guān)產(chǎn)品的公司。
在器件級(jí),所有芯片設(shè)計(jì)必須集成專用二極管或用于ESD防護(hù)的其它片上獨(dú)立電路。許多芯片廠商有自己的內(nèi)部ESD方案,而且飛思卡爾、Sarnoff及另幾家公司還出售或授權(quán)各自的專有技術(shù)。
ESD目標(biāo)等級(jí)行業(yè)委員會(huì),這個(gè)與ESDA協(xié)會(huì)無任何關(guān)系的特別小組,一直提議修改兩個(gè)主要的器件級(jí)ESD應(yīng)力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn):人體模型(HBM)和機(jī)器模型(MM)。
20多年以來,芯片制造商開發(fā)的帶片上ESD保護(hù)電路的數(shù)字IC產(chǎn)品,都能支持2,000V的HBM和200V的MM。在新提議中,ESD委員會(huì)推動(dòng)業(yè)界將HBM和MM水平分別降至1,000V和30V。
HBM測(cè)試模擬的是從人體到器件的電荷轉(zhuǎn)移,MM測(cè)試模擬的則是從機(jī)器到器件的電荷轉(zhuǎn)移。現(xiàn)在,還沒有針對(duì)第三種主要ESD目標(biāo)等級(jí)——帶電器件模型(CDM)的改進(jìn)提議。CDM測(cè)試模擬的是從器件到器件的電荷轉(zhuǎn)移,目前仍為500 V。
事實(shí)上,CDM、HBM或MM規(guī)范并沒被標(biāo)準(zhǔn)組織所承認(rèn)。多年以來,芯片制造商及其客戶基于某種特殊原因,一直都將上述ESD規(guī)范當(dāng)作事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。
但在90nm節(jié)點(diǎn)及以下,現(xiàn)有器件級(jí)的ESD目標(biāo)等級(jí)太高,英飛凌科技ESD設(shè)計(jì)高級(jí)主管、ESD目標(biāo)等級(jí)行業(yè)委員會(huì)主席Harald Gossner表示。他警告道,必須降低ESD規(guī)范的等級(jí),以便節(jié)省那些不必要的、延緩IC上市的調(diào)試時(shí)間。
今天,行業(yè)所遵循的嚴(yán)格的器件級(jí)ESD目標(biāo)等級(jí)最初是在20多年前制訂的,當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)缺少合適的ESD保護(hù),而如今這些已成為歷史,Gossner表示。隨著數(shù)字IC向亞微米水平發(fā)展,芯片廠商要竭盡所能來滿足這些標(biāo)準(zhǔn),他說。
設(shè)計(jì)人員遇到的難題之一,就是在芯片設(shè)計(jì)中向越來越小的超細(xì)柵氧工藝轉(zhuǎn)變。一份來自TI的報(bào)告指出,這種趨勢(shì)正在引發(fā)行業(yè)對(duì)熱損傷,以及來自瞬態(tài)ESD脈沖的潛在損傷(即便在帶有鉗位二極管的情況下)的密切關(guān)注。
對(duì)SoC產(chǎn)品、特別是帶有數(shù)字功能的支持RF的藍(lán)牙器件來說,問題就更復(fù)雜了。對(duì)RF和復(fù)合半導(dǎo)體而言,業(yè)界一直都采取較低的ESD保護(hù)等級(jí)。“復(fù)合半導(dǎo)體器件接受的ESD保護(hù)性能更要低得多,例如,許多GaAs芯片的HBM指標(biāo)是250V,因?yàn)闆]人拿得出技術(shù)上或經(jīng)濟(jì)上可行的片上保護(hù)方案。”Sarnoff在一篇論文中指出。
但Sarnoff堅(jiān)稱,它有用于90nm及以下節(jié)點(diǎn)ESD保護(hù)的IP方案。截至目前,這家公司業(yè)已向愛普生、瑞薩、東芝和其它一些日本公司授權(quán)這個(gè)名為TakeCharge的ESD保護(hù)方案。在日本,ESD保護(hù)是產(chǎn)品中的“賣點(diǎn)”,Sarnoff的Verhaege表示。
“技術(shù)文獻(xiàn)顯示,一旦設(shè)計(jì)進(jìn)入90nm及以下節(jié)點(diǎn),常規(guī)的ESD保護(hù)方案在技術(shù)和/或經(jīng)濟(jì)上就不再可行,但解決方案還是有的。”他表示。
飛思卡爾半導(dǎo)體則正在采取一種截然不同、甚至有些矛盾的作法。一方面,飛思卡爾向其它公司授權(quán)自己專屬的ESD保護(hù)技術(shù)；另一方面,它也支持行業(yè)委員會(huì)關(guān)于降低ESD標(biāo)準(zhǔn)的建議。
飛思卡爾的ESD產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)理Jim Miller表示,該公司正在積極努力,以便使降低ESD標(biāo)準(zhǔn)的提議在業(yè)內(nèi)和其公司內(nèi)部都能達(dá)成共識(shí)。“我們的想法是使品保人員參與其中,”他說,“我們正努力讓公司內(nèi)部人員接受這一目標(biāo)。”
在系統(tǒng)級(jí),Semtech近日擴(kuò)展了自己獨(dú)立低容抗保護(hù)器件產(chǎn)品線——RailClamp。該系列產(chǎn)品為高速應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供ESD防護(hù)能力,使其無需使用競爭性方案所采用的高鉗位電壓和高容抗。RClamp 1502B和RClamp 2402B兩款器件具有的超低容抗,能保護(hù)高速數(shù)據(jù)線且不會(huì)引起信號(hào)衰減,Semtech的Dugan表示。
專用聚合物實(shí)現(xiàn)ESD保護(hù)
Sanmina-SCI采用了一種新穎的方法,它利用Shocking Technologies公司的專用聚合物來把ESD保護(hù)嵌入在PCB內(nèi)。這兩家公司正在開發(fā)一種能通過施加電壓來轉(zhuǎn)換導(dǎo)電狀態(tài)的絕緣材料,當(dāng)被施加一個(gè)預(yù)編程的雙向電壓時(shí),這種材料可瞬間從絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)電狀態(tài),Shocking Technologies總裁兼CEO Lex Kosowsky介紹。
“該技術(shù)類似汽車上的安全氣囊。”他表示。
其它進(jìn)展還有,ESD測(cè)試服務(wù)供應(yīng)商White Mountain Labs與SRF Technologies公司結(jié)盟。 SRF Technologies是一家為半導(dǎo)體公司提供I/O和ESD設(shè)計(jì)支持的公司。
作者:馬立得
