电子产品与敏感器件的静电防护解析.ppt

孙海

[摘 要]近年来，伴随我国经济的快速发展，我国IT产业的技术水平也在不断提高，高分子材料、微电子器件广泛应用于各领域及其产品。为了防护微电子器件，电路设计者对电子器件进行静电防护。电路保护的设计要考虑很多的因素，要不断进行试验。其中ESD是对微电子器件一个较大的威胁。ESD严重影响着微电子器件的质量，威胁着器件的整体工作。因此，静电防护受到企业的普遍重视。研究了微电子器件静电防护的相关内容，提出了静电防护措施，以期为相关工作者提供借鉴。

[关键词]微电子器件；静电防护；ESD

中图分类号：TN40；O441.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0099-011 ESD分析

ESD（Electro-Static discharge）即“静电释放”。由于电荷的积累，物体表面带上静电，电荷发生移动，就是发生了ESD。ESD包括四个阶段。第一阶段，电荷的产生。电荷的产生是由于摩擦、感应的现象。两种不同的材料接触或摩擦，电荷通过绝缘体传播，而导体间电荷的转移是由于两个物体的电势不同造成的。第二阶段，电荷的转移。电荷发生转移是由于两个物体的电势不同，当两个物体的电势平衡，电荷的转移也就停止了。第三阶段，器件响应。电荷发生转移时，器件的感应。现阶段，要解决电荷重新分布的问题。第四阶段，评估。对器件的效果进行评估。判断期间失效与否，如失效，确认失效原因及失效属性。

2 微电子器件在生产中的静电

对微电子器件生产中静电的研究中，最重要的现象是静电破坏。对器件的静电释放，分析如下：第一种来源是工作人员。微电子器件的生产过程中，一定离不开工作人员的接触。而器件与人接触，就一定会产生静电。一般摩擦产生的静电，有几万伏的静电势，这样微电子器件就很容易被损坏。而微电子器件生产中，大量的静电无法释放，微电子器件的安全无法保证，所以，微电子器件的生产过程中一定会有微电子器件被破坏，而工作人员产生的静电又不太容易避免，一些静电释放设备等并不能完全保证静电的全部释放。而工作人員在生产过程中一定会有行为动作，这就无法避免的产生静电，这就使微电子器件的生产有一定的阻碍，也影响IT行业的发展。第二种来源是设备机械。在微电子器件的生产过程中，设备一定会存储大量的静电，而这些静电的释放，必定会造成大量微电子器件的损坏。且企业为了增加生产量，在许多的工艺上都采用自动化设备，这些设备的运行更是会产生大量静电。在微电子器件加工时，静电就会在各个工艺流程中释放，大量的微电子器件就会失效。这对微电子器件的生产影响也是较大的，且无法避免。第三种是其他来源。一些工作服、座椅、包装材料等是由高分子材料制作的，所以他们都会带有一定的静电，有很高的电势，在微电子生产时它们的释放，又会损坏一批微电子器件。

3 静电防护

3.1 设计防护电路

微电子器件在正常的运行过程中，设计防静电防护电路，在静电释放的时候，防护电路可以提供低阻通路的条件，促使微电子器件的电源/地端能够转化成高阻通路，有效降低了静电释放的敏感性。静电防护电路设计中，需根据微电子器件静电释放的实际情况，将PN结二极管，安装在输入端到电源/地端之间，促使PN结二极管提供高水平的反向击穿电压，能够承载微电子器件内的静电破坏，或者也可将微电子器件内的晶体管，改为静电防护的电路装置，采用隔离电阻，连接起微电子器件的两端，稍大晶体管，做为第一级，在缓慢响应的过程中承载大电流，稍小的晶体管，做为第二级，能够在快速响应的状态下，承载着电流。二级结构内，静电防护比较快，而且具备迅速导通的作用，保护好微电子器件的核心结构，辅助分散静电电流。微电子静电防护电路内，提前设计好相关的版图，适当加宽金属线，不采用直角拐弯的方式，避免过大电流烧毁电路。静电防护电路设计，远离微电子器件内的金属环路，预防尖端放电的破坏性。例如：微电子器件静电防护电路，设计为多层布线方式，避免微电子器件的金属层出现氧化，降低内部栅的距离比，促使防护电路具备吸收静电的能力，有利于提高静电抑制的水平。微电子器件静电防护电路设计中，引入仿真模拟技术，利用TCAD工具，促使仿真模拟的数据，能够直接应用到防护电路设计内。TCAD可以检测到微电子器件静电释放的情况，设计等效的电路模拟，根据TLP、MATLAB，优化模型构建，保障防护电路应用的准确度。

3.2 在生产、运输时采取保护措

施防静电地线是微电子器件制造厂需要安装的。地线要与设备仪器都保持连接。防静电地线要分离使用，不能与其他接地线一起使用。防静电腕表是操作人员一定要佩戴的，腕表要与皮肤接触。防静电地线连接完成后，较高的静电就难以形成。操作人员最好要穿戴防静电的工作服。微电子器件生产的厂房内，我们应采用不易产生静电，且静电较易释放的材料。此外，环境的湿度和空气的离子浓度对静电的产生也有影响。所以，要减少厂房内静电的产生还要控制厂房内的温度和湿度。在对微电子的测量与使用时，要注意周围环境，避免周围环境对其的影响，也是避免微电子器件的损伤。在微电子器件的运输等过程中，一定要避免使用泡沫等无法防止静电产生的方式，为防止器件的损害，要使用正确的防静电材料。

4 ESD模型

微电子器件生产中，静电的放电方式有：第一种，微电子器件与带电的人体接触；第二种，带电微电子器件与接地物体的接触；第三种，微电子器件与带电的机械设备接触；第四种，微电子器件周围静电场产生的强大电压。根据这四种静电放电方式，人们提出四种描述模型：第一种，人体模型即HBM，这也是比较广泛的应用模型。HBM模拟微电子器件与带电的人体接触时，静电放电过程，从而从中寻求解决办法。第二种，机器模型即MM模型。这种模型是模拟器件生产中，设备放电的情况。第三种，器件带点模型即CDM模型。CDM与FIM模型的原理类似，其不同之处是电荷的来源。第四种，感应电场模型即FIM.FIM模型中电场感应产生电荷。ESD模型的建立，可以模拟微电子器件生产中静电的产生、释放过程、释放原理，最重要的是寻求解决办法，得到一个改善措施，从而促进微电子器件生产的效率，使微电子器件在生产中，微电子器件的损害率下降，促进微电子行业的发展。

5 结语

综上所述，在微电子器件生产中，为了避免静电损伤器件，不仅技术需要加强，更应对ESD体系进行完善。建立健全ESD防护标准，根据微电器器件的运行过程，设计好防静电的措施，加强微电子器件的防静电控制，营造优质的运行环境。

参考文献

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[2] 陈辉霞.电子产品的静电防护[J].中国科技信息，2013，（10）：131.[2017-09-19].

[3] 刘进，陈永光.系统级测试下静电防护器件的失效机理分析[J].半导体光电，2016，1（5）：698-702+724.