半導(dǎo)體行業(yè)ESD靜電防護(hù)和改善

彭虎

廈門天馬微電子有限公司 福建廈門 361009

1 ESD防護(hù)技術(shù)的重要性

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因不當(dāng)排放靜電造成的損失達(dá)數(shù)十億美元。高損耗成本使得ESD保護(hù)技術(shù)在產(chǎn)品生產(chǎn)中的作用越來越重要。下面從制造業(yè)和電子工業(yè)兩個(gè)方面分析ESD保護(hù)技術(shù)的重要性。首先，在制造業(yè)中合理使用ESD防護(hù)技術(shù)，可以達(dá)到避免灰塵吸附，減少部件損壞，避免人身傷害，防止火災(zāi)或爆炸，減少產(chǎn)品故障或運(yùn)行不穩(wěn)定的目的。此外，靜電保護(hù)的有效使用技術(shù)在電子行業(yè)不僅可以提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量，從而提高電路的使用壽命，而且確保生產(chǎn)人員的安全，具有重要意義的改善公司的整體效率和風(fēng)險(xiǎn)的有效管理[1]。

2 半導(dǎo)體行業(yè)的ESD現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

在半導(dǎo)體工業(yè)的運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生許多電子引力。物體在相互接觸的過程中也會(huì)產(chǎn)生摩擦，使物體攜帶不同的電荷。如果產(chǎn)生的電荷不能及時(shí)有效地傳輸和中和，那么電荷量就會(huì)積累，最終在半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)部形成超高壓，產(chǎn)生ESD。物體摩擦的速度、摩擦的有效接觸面、空氣干燥的程度、半導(dǎo)體行業(yè)的溫度都影響摩擦產(chǎn)生的電荷量，從而影響ESD現(xiàn)象的強(qiáng)度。當(dāng)半導(dǎo)體工業(yè)本身處于靜電場(chǎng)中時(shí)，半導(dǎo)體工業(yè)的某些部分會(huì)受到靜電場(chǎng)的影響，從而引起電荷的運(yùn)動(dòng)和積累。當(dāng)不同電壓的物體接觸時(shí)，半導(dǎo)體行業(yè)會(huì)受到瞬時(shí)大電流的激勵(lì)，產(chǎn)生ESD。

3 ESD基本防護(hù)器件

在現(xiàn)實(shí)生活中，ESD的保護(hù)裝置是多種多樣的，每一種裝置都有其獨(dú)特的作用。以下是三個(gè)基本ESD保護(hù)裝置的清單。

二極管作為半導(dǎo)體工業(yè)的關(guān)鍵部件，不僅是最簡(jiǎn)單的電壓箝位器件，也是生產(chǎn)過程中最常用的保護(hù)器件。由于ESD二極管器件沒有滯回特性，二極管保護(hù)主要采用軌對(duì)軌的方式進(jìn)行測(cè)量。

電阻作為半導(dǎo)體工業(yè)的重要組成部分，不僅是最簡(jiǎn)單的無源元件，而且是ESD的重要保護(hù)裝置。對(duì)ESD防護(hù)技術(shù)的有效利用具有重要意義。n井電阻是實(shí)際運(yùn)行中最常用的ESD保護(hù)裝置。

4 ESD防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

4.1 晶閘管防護(hù)技術(shù)

可控硅又稱晶閘管，是半導(dǎo)體工業(yè)中常用的靜電保護(hù)元件。半導(dǎo)體工業(yè)中常用的晶閘管靜態(tài)保護(hù)技術(shù)一般采用晶閘管晶閘管，晶閘管由n型電阻器和p型電阻器組成。把它放在輸入腳上。N井電阻的P+輸入和N+輸入連接到半導(dǎo)體行業(yè)的陽極端子上，而P井電阻的P+輸入和N+輸入連接到半導(dǎo)體行業(yè)的陰極端子上。晶閘管ESD技術(shù)通常由兩種電阻和三段管組成?？煽鼐чl管相當(dāng)于ESD保護(hù)中兩端的器件。將晶閘管陰極與p阱連接，陽極與n連接。p阱連接，可控晶閘管與上述雙極晶體管PN連接，提供靜電保護(hù)。晶閘管器件的性能非常好，因此設(shè)計(jì)基于晶閘管的ESD器件的關(guān)鍵是提高其可用性和靈活性[2]。

4.2 全芯片防護(hù)技術(shù)

在半導(dǎo)體工業(yè)的日常生產(chǎn)過程中，靜電放電會(huì)對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)造成很大的危害。當(dāng)半導(dǎo)體行業(yè)的工藝技術(shù)逐漸降低到亞微米級(jí)時(shí)，一些先進(jìn)的工藝技術(shù)嚴(yán)重影響了半導(dǎo)體行業(yè)的靜電防護(hù)性能，導(dǎo)致半導(dǎo)體行業(yè)的效率不斷下降。

5 ESD防護(hù)技術(shù)應(yīng)用存在問題的解決途徑

5.1 避免ESD的措施

ESD保護(hù)電路是專門為IC上的靜電放電保護(hù)而設(shè)計(jì)的特殊電路，它提供了一個(gè)ESD電流放電路徑，防止電流流入IC內(nèi)部電路，在ESD放電過程中造成損壞。

5.1.1 接地

接地是防止靜電產(chǎn)生的最基本、最有效的方法。接地可為靜電沖擊提供良好的泄放通道，使積聚在帶電體上的靜電荷能夠順利排出，并迅速引入地面，避免敏感部件的排出。接地電阻應(yīng)小于10Ω。通過不同的地線接地工作環(huán)境中的人員和設(shè)備。這一區(qū)域的工作面應(yīng)接地良好。靜電接地適用于導(dǎo)電材料和靜電耗散材料，如橡膠接地。

5.1.2 濕度控制

濕度是影響靜電電荷積累的重要因素。增加環(huán)境濕度會(huì)增加非導(dǎo)電材料的表面電導(dǎo)率，使其不易在物體表面積聚靜電。在有靜電危險(xiǎn)的地方，可以安裝空調(diào)設(shè)備和噴霧器，增加空氣的相對(duì)濕度，在工藝條件允許時(shí)消除靜電。為了達(dá)到最佳的靜電控制效果，濕度必須保持在60%-70%以上。在允許的情況下，濕度最好不低于50%。

5.1.3 防靜電腕帶

與集成部件直接接觸的人員應(yīng)佩戴防靜電腕帶。防靜電腕帶應(yīng)與人體皮膚有良好的接觸。防靜電腕帶可以釋放人體的靜電。

5.2 設(shè)計(jì)ESD保護(hù)器件

5.2.1 芯片內(nèi)部ESD防護(hù)

ESD保護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在芯片內(nèi)部電路的I/O口集成一個(gè)片上ESD保護(hù)單元。芯片內(nèi)部ESD保護(hù)是將ESD保護(hù)單元集成到芯片中，當(dāng)靜電信號(hào)到達(dá)時(shí)保護(hù)內(nèi)部電路不受損壞。與芯片外ESD保護(hù)電路相比，它可以直接提高ESD保護(hù)能力，節(jié)省電路板空間，降低系統(tǒng)成本，降低設(shè)計(jì)和布線復(fù)雜度[3]。

5.2.2 芯片外ESD防護(hù)

由于芯片上ESD保護(hù)電路容量有限，為了保證整個(gè)系統(tǒng)更好的ESD保護(hù)能力，外部ESD保護(hù)裝置是必不可少的。通常用于片外ESD保護(hù)的器件有陶瓷電容器、齊納二極管、肖特基二極管、多層壓敏電阻和瞬態(tài)電壓抑制器。

6 結(jié)語

綜上所述，ESD保護(hù)技術(shù)對(duì)維護(hù)電路的使用起到了重要的作用。近年來，隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)對(duì)ESD保護(hù)技術(shù)的要求越來越高。目前，信息技術(shù)已被合理地應(yīng)用于ESD保護(hù)技術(shù)中，半導(dǎo)體行業(yè)的效能越來越好。企業(yè)應(yīng)合理運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)靜電防護(hù)進(jìn)行合理的應(yīng)用，從而快速提高企業(yè)的整體效率。