半導體行業ESD靜電防護和改善

彭虎

廈門天馬微電子有限公司 福建廈門 361009

1 ESD防護技術的重要性

據統計，每年因不當排放靜電造成的損失達數十億美元。高損耗成本使得ESD保護技術在產品生產中的作用越來越重要。下面從制造業和電子工業兩個方面分析ESD保護技術的重要性。首先，在制造業中合理使用ESD防護技術，可以達到避免灰塵吸附，減少部件損壞，避免人身傷害，防止火災或爆炸，減少產品故障或運行不穩定的目的。此外，靜電保護的有效使用技術在電子行業不僅可以提高電子產品的質量，從而提高電路的使用壽命，而且確保生產人員的安全，具有重要意義的改善公司的整體效率和風險的有效管理[1]。

2 半導體行業的ESD現象產生的原因

在半導體工業的運行過程中，會產生許多電子引力。物體在相互接觸的過程中也會產生摩擦，使物體攜帶不同的電荷。如果產生的電荷不能及時有效地傳輸和中和，那么電荷量就會積累，最終在半導體行業內部形成超高壓，產生ESD。物體摩擦的速度、摩擦的有效接觸面、空氣干燥的程度、半導體行業的溫度都影響摩擦產生的電荷量，從而影響ESD現象的強度。當半導體工業本身處于靜電場中時，半導體工業的某些部分會受到靜電場的影響，從而引起電荷的運動和積累。當不同電壓的物體接觸時，半導體行業會受到瞬時大電流的激勵，產生ESD。

3 ESD基本防護器件

在現實生活中，ESD的保護裝置是多種多樣的，每一種裝置都有其獨特的作用。以下是三個基本ESD保護裝置的清單。

二極管作為半導體工業的關鍵部件，不僅是最簡單的電壓箝位器件，也是生產過程中最常用的保護器件。由于ESD二極管器件沒有滯回特性，二極管保護主要采用軌對軌的方式進行測量。

電阻作為半導體工業的重要組成部分，不僅是最簡單的無源元件，而且是ESD的重要保護裝置。對ESD防護技術的有效利用具有重要意義。n井電阻是實際運行中最常用的ESD保護裝置。

4 ESD防護技術的應用

4.1 晶閘管防護技術

可控硅又稱晶閘管，是半導體工業中常用的靜電保護元件。半導體工業中常用的晶閘管靜態保護技術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+輸入連接到半導體行業的陽極端子上，而P井電阻的P+輸入和N+輸入連接到半導體行業的陰極端子上。晶閘管ESD技術通常由兩種電阻和三段管組成。可控晶閘管相當于ESD保護中兩端的器件。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。晶閘管器件的性能非常好，因此設計基于晶閘管的ESD器件的關鍵是提高其可用性和靈活性[2]。

4.2 全芯片防護技術

在半導體工業的日常生產過程中，靜電放電會對半導體工業造成很大的危害。當半導體行業的工藝技術逐漸降低到亞微米級時，一些先進的工藝技術嚴重影響了半導體行業的靜電防護性能，導致半導體行業的效率不斷下降。

5 ESD防護技術應用存在問題的解決途徑

5.1 避免ESD的措施

ESD保護電路是專門為IC上的靜電放電保護而設計的特殊電路，它提供了一個ESD電流放電路徑，防止電流流入IC內部電路，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。接地電阻應小于10Ω。通過不同的地線接地工作環境中的人員和設備。這一區域的工作面應接地良好。靜電接地適用于導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。增加環境濕度會增加非導電材料的表面電導率，使其不易在物體表面積聚靜電。在有靜電危險的地方，可以安裝空調設備和噴霧器，增加空氣的相對濕度，在工藝條件允許時消除靜電。為了達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佩戴防靜電腕帶。防靜電腕帶應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 設計ESD保護器件

5.2.1 芯片內部ESD防護

ESD保護設計的關鍵是在芯片內部電路的I/O口集成一個片上ESD保護單元。芯片內部ESD保護是將ESD保護單元集成到芯片中，當靜電信號到達時保護內部電路不受損壞。與芯片外ESD保護電路相比，它可以直接提高ESD保護能力，節省電路板空間，降低系統成本，降低設計和布線復雜度[3]。

5.2.2 芯片外ESD防護

由于芯片上ESD保護電路容量有限，為了保證整個系統更好的ESD保護能力，外部ESD保護裝置是必不可少的。通常用于片外ESD保護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電壓抑制器。

6 結語

綜上所述，ESD保護技術對維護電路的使用起到了重要的作用。近年來，隨著電子工業的快速發展，企業對ESD保護技術的要求越來越高。目前，信息技術已被合理地應用于ESD保護技術中，半導體行業的效能越來越好。企業應合理運用現代科學技術對靜電防護進行合理的應用，從而快速提高企業的整體效率。