Fig. 3.2 – Immunité en transitoire en fonction de la nouvelle génération de proces- seurs [21]
n’est plus le cas aujourd’hui, du fait que ces tests sont de plus en plus réalisés sur des composants alimentés : on parle alors d’ESD fonctionnelle.
Les conséquences possibles d’une ESD sur un matériel électronique "victime" sont :
– la destruction d’un composant (en fabrication, en utilisation ou en maintenance),
– des dysfonctionnements ("reset", pertes de données),
– des phénomènes analogiques transitoires
– plus complexe, certaines méthodes d’immunisation d’un matériel (par exemple, une enve- loppe conductrice) pourront conduire ses utilisateurs à craindre ou refuser de s’en servir, pour éviter des chocs électriques.
L’énergie d’une décharge électrostatique peut se coupler avec un circuit électronique par :
– conduction directe
– couplage inductif
– couplage capacitif
– couplage par rayonnement.
3.3
Principe du VF-TLP
La définition de base du système d’injection ultra-rapide d’impulsions (VF-TLP) est celle du système TLP (Transmission Line Pulsing) mais avec des impulsions de largeur inférieure à 10 ns [67].
Le TLP permet de simuler le comportement d’une décharge HBM (100 ns). Le banc TLP est basé sur une ligne de transmission qui se charge et se décharge afin de produire des impulsions rectangulaires étroites. De nos jours, il est indispensable d’utiliser le système TLP afin de com- prendre le comportement électrique temporel d’un circuit intégré sous l’effet d’une agression du
86 Chapitre 3 : Susceptibilité des circuits intégrés aux agressions conduites impulsionnelles
type ESD [44]. Pour des études d’HBM, des impulsions de 100 ns sont utilisées, tandis qu’au dessous de 5 ns, le système VF-TLP est requis. Le banc de caractérisation appelé VF-TLP [41] permet de générer des impulsions carrées de courant avec un temps de montée inférieur à 500 ps et une durée de 1,25 à 10 ns qui sont comparables aux modèles CDM. Cependant il n’est pas envisageable d’obtenir une corrélation complète entre VF-TLP et CDM puisque ce type de décharge est résolument différent. Le banc VF-TLP apportera seulement des informations sur la dynamique des structures de protection et leur capacité à protéger contre un stress CDM. 3.3.1 Description du banc de mesure VF-TLP
Une étude sur l’immunité des circuits intégrés en ESD fonctionnel a été réalisée sur le cir- cuit CESAME. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés au comportement de la puce en fonctionnement lorsque celle-ci était agressée par une source parasite naturelle, ici une décharge électro-statique. Pour l’injection du stress ESD, le banc de test VF-TLP a été utilisé (figure 3.3). Ce banc de test génére des impulsions ESD ultra-rapides avec des durées de 1,25 ns, 2,5 ns ou
Fig. 3.3 – Installation du système d’injection d’impulsion VF-TLP avec le circuit à tester
5ns et des temps de montée de 175 ps ou 300 ps. Dans cette étude, le banc VF-TLP est utilisé comme générateur pour injecter un stress (impulsion) dans le réseau d’alimentation de la puce (Vdd ou Vss). Il est possible de modifier la largeur et l’amplitude de l’impulsion en utilisant un
système de contrôle piloté par un ordinateur relié au générateur d’impulsion. Un oscilloscope est ajouté au système dans le but est de visualiser l’impulsion injectée dans le circuit. Il est connecté
3.3 Principe du VF-TLP 87
à un boîtier TDR (Time Domain Reflectometry) par un câble coaxial adapté à 50 Ω. Ce boîtier permet de visualiser indépendamment les impulsions incidente et réfléchie.
La figure 3.3 montre le dispositif du système d’injection de l’impulsion ESD utilisé et le circuit :
– 1 : oscilloscope utilisé pour visualiser l’impulsion provenant du générateur
– 2 : générateur d’impulsion
– 3 : ordinateur utilisé pour contrôler et caractériser l’impulsion
– 4 : boîtier TDR utilisé pour séparer les parties incidente et réfléchie de l’impulsion injectée
– 5 : circuit à tester avec la sonde d’injection et la capacité d’injection de
– 6 : oscilloscope utilisé pour visualiser la sortie du CI à caractériser 3.3.2 Procédure d’injection
La sonde et la capacité d’injection utilisées pendant l’expérience sont illustrées dans la figure 3.4. Pour notre étude, nous utilisons la même procédure que la méthode d’injection DPI pour injecter un stress ESD sur les pistes Vdd et Vss à partir de la méthode VF-TLP, afin de dresser
une comparaison entre les résultats des deux méthodes de mesure appliquées sur le même circuit. La différence entre la méthode DPI et cette méthode réside uniquement dans l’injection de la
Fig. 3.4 – Dispositif d’injection dans le circuit intégré
perturbation. Les caractéristiques de l’impulsion injectée sont les suivantes :
– une largeur allant de 1.25 ns à 5 ns et qui est déterminée en fonction de la longueur du câble (10 ns/m),
– un temps de montée de 175 ps ou 300 ps,
– une amplitude de charge de 1 V à 1 kV. 3.3.3 Description du boîtier TDR
Grâce au boîtier TDR (réflectométrie dans le domaine temporel, Time Domain Reflectometry) livré avec le VF-TLP, il est possible de visualiser l’impulsion incidente en tension (celle qui est envoyée sur la carte) et celle réfléchie.
La figure 3.5 montre un exemple d’un schéma électrique représentant un générateur impulsionnel avec le système TDR pour des impulsions allant de 10 ns à 5 µs en largeur. La technique VF-TLP va consister à injecter une impulsion ultra-rapide dans le circuit à tester, issue d’une source 50 Ω. Toutes les discontinuités dans l’impédance du système vont provoquer des réflexions. Les mesures
88 Chapitre 3 : Susceptibilité des circuits intégrés aux agressions conduites impulsionnelles
Fig.3.5 – Schéma électrique d’un générateur avec le système TDR
sont effectuées grâce à un oscilloscope Tektronix TDS 6600. Pour la visualisation de l’impulsion à l’entrée du circuit, une des sorties du boîtier TDR a été reliée à la voie 1 de l’oscilloscope avec une impédance d’entrée de 50 Ω. D’autre part, pour visualiser la sortie de la puce CESAME, nous utilisons une sonde passive d’impédance 1 MΩ avec une capacité de 10 pF connectée sur la voie 2 adaptée à 1 MΩ (figure 3.6).