아래내용은 Industry Council on ESD 협회에서 발행한 whitepaper내용을 제가 이해하기 쉽도록 정리해놓은 문서입니다.
여러분에게도 도움이 되었으면 좋겠습니다.
2020/04/22 - [ESD engineering] - 문답식으로 알아보는 시스템 레벨 ESD/EOS (세번째)
Q9 - 산업위원회가 현재 부품 ESD 수준의 감소를 추진하는 이유는?
거의 10년 동안 현재의 요구사항(예 : HBM 2K 이상) 은 거의 보편적으로 고객 요구 사항이었다.
하지만 요구 사항이 너무 과하게 정해졌고, 그 보다 낮은 수준에서도 안전하다는 것이 밝혀 졌다.
- 고양이 목에 방울달기 임. 내가 어느 업체 담당자 입장이라면 품질 요구 수준을 낮추자는 얘기를 과감하게 꺼내긴 힘들듯함.
우리 제품에서 문제가 된다면 어떻게 할 것인가? 하필 ESD specification을 낮춘 그때라면?
ESD 요구수준을 낮춘것과 관련이 없다는 증명을 하는데 많은 시간과 노력을 들여야 할 것이다.
예전에 정해진 규칙을 바꾸는게 이렇게 어렵다.
그래서 권위 있는(충분한 핑계거리가 될 자격이 있는) 이런 위원회에서 협의로 결정 하는게 필요하다.
좋은 예로, MM은 ESD 요구사항에서 없어졌다.
공정이 미세화 되고 회로 성능이 한층 더 높아져야 한다는 요구(speed 향상)가 팽배해짐에 따라,
이러한 규격을 재검토하고 현재의 관행을 현실적으로 충족시키기 위해 수정할 필요가 있게 되었다.
Q10 - 하위 1kV 또는 500V HBM 부품을 취급하는 자동차 라인에서 추가적인 관리가 필요한가?
기본 제어 방법은 모든 제조 라인에 동일하게 효과적으로 적용되어야 하므로,
자동차 제품은 특별한 추가 주의 없이 안전할 것으로 예상된다.
단, IEC 시스템 시험에서 높은 ESD stress에도 문제가 없어야 하는 인터페이스 핀 요구조건과 혼동해서는 안 된다.
시스템에서 인터페이스 하는 핀들은 외부에 노출돼 있고, ESD stress가 많이 가해진다. 따라서 그런 핀들에 대해서는 높은 ESD 사양을 요구하고 있다. 좀 더 현실적으로, 그리고 유연하게 바뀌고 있다.
Q11 - 최근 출판물에서 산업위원회가 수정된 ESD 수준을 위해 서두르고 있다는 주장이 있었다. 이것이 타당한 주장인가?
아니다. 이사회는 이 주제를 면밀히 조사하여 실질적으로 관련된 고장률 데이터를 수집하고 이 데이터 수집을 각 당사 제품 및 품질 엔지니어들과 조정했다.
회사들 제품 품질의 지속적인 향상에 초점을 맞춘 이 엔지니어들은 다양한 제품 유형을 대표하는 수십억 개의 부품을 출하한 후 자신의 경험으로부터 충분한 증거가 있다고 동등하게 확신하고 있으며, 이는 수정된 ESD 수준(여기서 제안된 바와 같이)이 실제로 타당하다.
ESD 요구 수준을 낮추자는 주장에, 계속 의심을 받고 , 공격을 당하는것 같다. 시간이 필요하겠지.
Q12 - 이러한 새로운 권장 레벨이 안전하다면, 전에는 왜 이 작업이 수행되지 않았는가?
과거에는, 공급자와 고객 모두 요구 수준을 충족하는데 있어 큰 노력이 들지 않았다.
하지만 지난 몇 년간 이러한 현재 수준을 충족시키는 것은 점점 더 어려워지고 있다.
대규모 핀 수 장치에 대한 복잡한 ESD 시험을 통과하기 위해 시간과 자원이 투입되고 있는데,
이는 실제 시장에서 고장이 나지 않더라도 목표 수준을 충족시키기 위한 노력이었다.
앞에 위원회가 제안했듯이 부품 ESD 요구수준을 낮추는 대신, 시스템 ESD 수준을 더 높이면
부품 설계에 들어가는 불필요한 비용의 상당 부분을 줄일 수 있고,
고객 요구를 충족할 수 있는 고성능 제품뿐만 아니라 출시 시간을 단축할 수 있었다.
이 모든 것은 제품 신뢰도에 영향을 주지 않고 달성할 수 있다.
Q13 - 고객이 현 상태에 만족한다면 왜 HBM 구성 요소 ESD 수준을 수정 해야하는가?
그래서 고객입장에서 얻는 이득이 무엇인가?
우리는 IC 제품 고객들이 이 수정된 HBM 부품 ESD 레벨이 안전하고 합리적이라는 확신을 얻을 것이라고 확신한다.
IC 공급자에게 완화된 ESD 요구조건을 제시한다면, 고객은 더 짧은 설계 주기를 통해 더 높은 성능의 제품을 기대할 수 있다.
Q14 - 공급업체는 HBM 레벨이 낮은 제품들도 현장에서 발생하는 불량은 없다고 말한다.
모든 핀이 약하지 않다면, 이러한 유형의 데이터가 관련성이 있는지 어떻게 확인할 수 있는가?
3장에 제시된 데이터는 필드에서 불량이 발생해 들어온 장치들은
필드불량이 HBM ESD 레벨과 무관하다는 것을 명확히 보여준다.
필드불량이 HBM 수준이 가장 낮은 핀에서 나타나지 않는다는 점을 주목해야 한다.
대부분의 필드 불량은 EOS 때문이지 ESD 때문이 아니다.
- EOS에서 부품을 보호하기 위해서는 TVS가 필요하다.
Q15 - 1970년대 초에는 2 kV HBM 수준이 가능한 표준으로 논의되었고 1980년대에 이르러서는 널리 받아들여진 수준이 되었는데, 왜 이것이 더 이상 관련이 없을까?
2 kV HBM 목표 레벨은 ESD 제어 방법에 대해 별로 이해되지 않았을 때 설정되었다. 공급자 공장에서 ESD 제어방법이 극적으로 개선되었다. 동시에, IC 칩의 조립 방식도 큰 변화를 겪었다. 기본 ESD 제어 요소가 설치되면 HBM은 더 이상 현대 어셈블리의 장치에 위험이 되지 않는다.
Q16 - 일부 IC 공급업체가 이전과 동일한 ESD 요구수준을 만족하면서 더 저렴한 ESD 보호 방법론을 제공할 수 있다고 한다면, ESD 요구수준을 낮추지 않아도 되는것 아닌가?
ESD level 은 물리법칙 의해 제한된다. 물리학과 독립적이지 않다. - 그런 IC 공급업체의 주장은 사기라는 뜻.
구현된 보호장치와 무관하게, HBM ESD 목표 수준이 감소하면 ESD 배치 영역과 정상적인 전기 성능에 대한 영향이 비슷하게 감소될 수 있다. 문제는 그때 적절한 HBM ESD 목표 수준을 선택하는 것이다.
ESD 과잉설계는 비효율적이고 낭비적이다.
Q17 - 수정된 HBM 목표 레벨이 45nm 이상의 기술에만 적용되고 있는가?
180nm 이상에서 나온 제품도 그만큼 안전했고, 그 이상도 안전했다는 것을 보여줄 수 있는 자료가 충분히 있다.
45 nm와 32 nm 이하에서는 ESD 비용 문제가 계속 악화될 것이다.
- 백서가 발간된지 10년이 됐음. 수정된 ESD 요구 조건(HBM 1KV, 이전 2KV)을 맞추는 설계도 어려워 지고 있음.
Q18 - 산업 위원회는 공급업체를 위해 비용을 절약하기 위해 이러한 권고안을 제시하고 있는가?
- 매우 솔직한 질문임
"ESD 코스트"의 개념은 공급자와 고객 모두에게 적용된다. 공급자는 기존의 지정된 ESD 요건을 충족하기 위해 반복적인 테스트, 디버깅 및 설계 재스핀을 거친다. 고객과 공급업체 모두 공동 회의를 통해 개선 방안을 이해하고 협상한다.
이러한 노력은 제품 납기를 지연시키고 제품 회로 성능에 영향을 미칠 수 있다.
- 결국 둘다 좋은 방향이란 뜻이다.
Q19 - 제어된 ESD 수준 바로 아래에 있는 여러 누적 HBM 이벤트는 어떠한가?
더 낮은 수준의 현장 고장률 위험이 있는가?"
없다.
동일한 장치에서 동일한 ESD 이벤트가 반복적으로 발생했음을 나타내는 데이터는 한 번도 없었다.
- 필드에서 발생하지도 않는 환경을 재현해서 평가하는건 의미가 없다는 뜻
Q20 – 고객들이 수정된(낮아진) ESD 요구수준을 받아들이게 하기 위해 어떻게 설득했나?
- HBM 2KV이하 제품도 필드에서 문제가 없다는 실험을 하기 위해서는 위험을 앉고 낮은 ESD 성능을 갖는 부품으로 생산하고 납품을 했어야 한다.
ESD요구조건을 낮추자는 논의가 본격적으로 있지도 않았는데, 그렇게 진행할 수 있도록 어떻게 고객을 설득했냐는 뜻.
-우연에서 얻어진 결과 였다고 생각함. 상상을 해보면, 제품 출시주기가 임박했는데, HBM 2KV 수준을 맞추기가 어려웠던 제품이 있었음. 다음 부품에서는 개선을 해주기로 하고, 일단 ESD 수준이 낮은 부품으로 제품을 만들어 출시 했음. 그런데도 필드 불량율이 증가하지 않았음.
일단 HBM 낮은 제품을 공급하고, 문제가 생긴다면 다음 제품에서 개선해 주기로 고객과 협의 했다.
그러나 대량 생산 물량이 방출된 상태에서 출하되고 현장 반품이 나타나지 않자 고객과 공급업체 모두 2kV 목표 수준이 실제보다 매우 높다는 자신감을 갖게 됐다.
제4장에서는 1kV를 통과하는 제품의 경우 2kV 수준을 충족하기 위해 엄청난 양의 자원을 지출해야 하는 반면 제3장에서 보고된 것과 동일한 제품은 ESD 반품을 나타내지 않고 관련성이 없는 EOS 반품을 경미하게만 보여주는 몇 가지 사례를 보여준다.
찾아보니, 업계 전반의 제품 및 품질 그룹은 수많은 유사한 경험을 가지고 있으며, 이것이 보다 현실적인 ESD 요구사항으로 개정하는 원동력이 되었다.
Q21 - 위원회는 향후 5년간 추가로 ESD 요구조건을 낮추자고 제안하는가?
위원회의 첫 번째 목표는 수정된 HBM ESD 목표 수준에 대한 산업계의 광범위한 수용을 얻는 것이다.
기술이 훨씬 더 발전함에 따라, 결국 ESD 보호 책임이 IC 설계자로부터 더 멀리 떨어져 IC 기기의 제조와 적용 전반에 걸쳐 훨씬 더 나은 정적 제어로 옮겨갈 것이라고 기대한다.
이는 향후 몇 년간 업계 초점이 시스템 레벨 ESD 성능으로 전환되는 것과도 일치할 것이다.
위원회의 노력에도 불구하고 일부 제품에서는 HBM 2KV ESD 요구수준을 여전히 만족해야 한다. 2020년 현재에도.
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