Разработка Verilog-A моделей для
оценки стойкости ИС к высоковольтным
импульсам и электростатическим
разрядам на основе стандартов
автоэлектроники
ДОКЛАДЧИК:
Шомахмадов Фируз Парвизович
Октябрь 2023
Москва / Зеленоград
Докладчик: Шомахмадов
Фируз Парвизович
Инженер-проектировщик
•
•
•
Высшее образование – «Национальный исследовательский университет
«Московский институт электронной техники» ;
Специализация – Проектирование аналоговых блоков;
Опыт работы в микроэлектронике – более 10 лет.
Команда Центра проектирования перспективных продуктов
Руководитель центра
проектирования
перспективных продуктов
Евстигнеев Сергей
Владимирович, к.ф.-м.н.
•
•
•
•
•
2
Более 60 квалифицированных специалистов с опытом работ в отрасли;
8,6% сотрудников имеют учёную степень;
Работа над НИОКР в части разработки и организация серийного
производства микросхемы управления двигателем внутреннего сгорания;
Опыт работы в иностранных компаниях-лидерах на рынке мировой
микроэлектроники;
Средний возраст 39 лет.
Содержание
1. Интегральные схемы в бортовой сети автомобиля
2. Стандарты для испытаний модулей/ИС
3. Разработка ИС и запуск в серию
4. Проблема оценки стойкости ИС на этапе проектирования
5. Модели воздействий
6. Результаты оценки стойкости
3
Интегральные схемы в бортовой сети автомобиля
VW Phaeton (2004)
 3860м медного кабеля
 45 объединённых в сеть ЭБУ / 61 ЭБУ всего
 11136 электронных компонентов
 3 шины передачи данных
Источники питания в бортовой сети автомобиля
4
Аккумуляторная батарея
Генератор переменного тока
Электронный блок управления
(ЭБУ) двигателем
Стандарты для испытаний модулей/ИС
Стандарты, описывающие
переходные процессы в
бортовой сети автомобиля для
испытаний модулей/ИС
автоэлектроники
Стандарты, описывающие
испытания ИС/модулей
автоэлектроники на стойкость к
электростатических
воздействиям
5
Разработка ИС и запуск в серию
> 1 года и ₱₱₱
Испытания
Проектирование
Производство
Тестирование
Тестирование
ДО == ПОСЛЕ ?
Нет
Ошибки и недочёты на стадии проектирования обнаруженные при испытаниях приведут к увеличению сроков и
стоимости разработки ИС.
6
Да
Оценка стойкости ИС на этапе проектирования
ISO7637 / ISO16750
Задача:
Как применить переходной процесс
воздействий описанный в стандартах
на этапе проектирования функций в
составе ИС для повышения её
надёжности и повышения шансов
прохождения квалификационных
испытаний?
7
JEDEC JS-001
IEC61000
Решение:
Эквивалентные поведенческие модели
воздействий и их применение на этапе
разработки функций в составе ИС для
оценки стойкости.
Модели воздействий
Модель воздействия из стандарта ISO16750-2 на языке Verilog-A c использованием встроенных математических
функций.
Verilog-A модель.
𝑼,В
79В
Описание пульса.
Результат работы модели
(переходной процесс) в
широко используемой САПР.
35В
13.5В
40.12 мс
𝒕,мс
Стандарты остаются неизменными на протяжении многих лет, что позволяет единожды написав данные модели
использовать их многократно при разработке новых ИС.
8
Модели воздействий
Модель HBM воздействия основанная на RLC компонентах.
𝑰,А
Модель HMM воздействия основанная на RLC компонентах.
𝒕,нс
𝑰,А
9
M. Kaufmann and T. Ostermann, "Simulation model based on JEDEC JS-001-2014 for circuit simulation of HBM
ESD pulses on IC level," 2015 10th International Workshop on the Electromagnetic Compatibility of Integrated
Circuits (EMC Compo), Edinburgh, UK, 2015, pp. 202-206, doi: 10.1109/EMCCompo.2015.7358357.
𝒕,нс
Модель структуры защиты от электростатического
разряда
Оценка стойкости ИС к электростатическим разрядам требует наличия адекватных моделей структуры защиты (ESD
clamp).
ВАХ данных структур является нелинейной из-за эффекта гистерезиса, что вызывает трудности при создании моделей и их
сходимости в процессе расчётов.
ВАХ структуры
𝑰,А
Обозначения:
𝑉𝑇1 - напряжение срабатывания
𝐼𝑇1 - ток срабатывания
𝑉𝐻 - напряжение удержания
𝐼𝐻 - ток удержания
модель
измерения
𝐼𝐻
𝑉𝐻
𝐼𝑇1
𝑉𝑇1
𝑼,В
10
T. Wang, "Modelling multistability and hysteresis in ESD clamps, memristors and other devices," 2017 IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC), Austin, TX, USA,
2017, pp. 1-10, doi: 10.1109/CICC.2017.7993681.
Стенд для проведения моделирования.
В любой технологии производства
ИС, каждый полупроводниковый
прибор ограничен в использовании
своей областью безопасной
работы.
Плотность тока (А/см²)
Результаты оценки стойкости ИС. Концепция области
безопасной работы.
0
𝐽𝑠𝑎𝑡
𝐵𝑉𝑠𝑎𝑡
Электрическая
область безопасной
работы
𝑉𝑠𝑎𝑡 Напряжение (В) 𝐵𝑉
Результат моделирования – список приборов используемых в блоке ИС с указанием типов нарушений областей
безопасной работы, продолжительностью, величиной перенапряжения и др.
11
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
NM-TECH.ORG
+7 (499) 995-00-70 / info@nm-teh.ru
Пример переходного процесса из стандарта ISO16750-2
Переходной процесс при сбросе нагрузки возникающий в результате
размыкания соединения между аккумуляторной батареей и генератором
переменного тока в процессе работы автомобиля.
Обозначения:
𝑡 - время
𝑈 - напряжение
𝑡𝑑 - длительность пульса
𝑡𝑟 - время нарастания
𝑈𝐴 - напряжение батареи
𝑈𝑆 - амплитуда пульса без внешнего подавления
𝑈𝑆∗ - амплитуда пульса с внешним подавлением
13
Упрощённый испытательный стенд
Переходной процесс воздействия электростатического
разряда HBM
Пульс тока электростатического разряда по модели человеческого тела (Human Body Model)
14
Переходной процесс воздействия контактного
электростатического разряда (HMM)
Пульс тока контактного электростатического разряда (Human Metal Model a.k.a GUN)
Обозначения:
𝑅𝑐 - резистор для заряда ёмкости
𝑅𝑑 - резистор для разряда ёмкости 330 Ом
𝐶𝑠 + 𝐶𝑑 - накопительная ёмкость 150пФ
15