由于生活中存在静电现象,而这种静电会对电子元器件产生明显的功能影响,因此电子元器件的静电防护就显得尤为重要。 静电的产生 静电是指物体所带电荷处于静止或缓慢变化的相对稳定状态。静电是由同性电荷的积累而产生的,静电的特点是高电位及小电量。 静电的产生主要有两种方式,即摩擦产生静电和感应产生静电,如下图所示:
静电的来源 对元器件产生影响的静电源主要有人体静电、尘埃静电。 人体静电是人在活动的过程中,衣服、鞋子或所携带的用具与其它材料接触摩擦,并在分离时产生的静电,下图是常见的典型电压值。人体静电往往是引起半导体器件静电损伤的主要原因之一,其对半导体器件的危害很大。
尘埃静电是指空气中的大多数尘埃被静电充电,即当尘埃最初脱离它所依附的材料时,产生了静电荷,它们悬浮在空气中、并且是可移动的多电荷离子,对任何静电场都会其作用。但是其又不能够完全消除掉。 半导体对静电放电的敏感度 不同的半导体制程和设计,会导致其自身抵抗静电应力的程度不一样,这个失效阈值就是器件能够承受的最大静电电压。按器件抗静电能力的大小,将元器件分为静电放电敏感性器件和非敏感型器件。 不同的元器件类型,其能够耐受的静电放电等级不一样,具体可参见下图:
静电敏感的元件一般也相应的标志,同时在仓库中储存静电敏感元器件的位置也要打上显应的标志,常见的标志可参见下图:
静电损伤的特点 静电放电损伤是一种偶然事件,一般来说是与时间无关的,所以很难通过老化试验筛选出来。 其具有隐蔽性(不容易被发现)、分析的复杂性、损伤的潜在性和损伤的随机性等特点。 静电放电失效模式和机理 静电损伤一般分为两种:一种是突发性完全失效;一种是潜在缓慢性失效。 完全突发性失效是指器件的一个或多个参数直接劣化,完全失去功能的失效,通常表现为开路、短路以及电参数严重漂移等。多常见的是电压相关或者功率相关。 潜在性缓慢失效是指器件受到ESD损伤,但参数退化并不明显,并在后续的使用过程中逐渐加重,下图是静电放电对与器件的损伤及失效模式。
静电防护 静电防护应该贯彻于电子产品的全过程,即在设计、生产和使用的各环境都要采取相应的措施。 这个可以从两个方面着手: 一是在器件的设计和制造阶段,通过在芯片上设计制作各种经典保护电路或保护结构,来提高器件的抗静电能力; 二是在器件的装机使用阶段,制定并执行各种静电防护措施,以减少或避免器件可能受到的静电的影响。 针对静电敏感性元器件,需要对其整个制程进行相应的防静电材料配置,其配置表具体见下图:
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