靜電防護的作用和意義

靜電防護的作用和意義
為什么要在制造過程中采取防靜電控制措施？我們從以下三個方面來說明。 1 多數電子元器件是靜電敏感器件多數未采取保護措施的元器件靜電放電敏感度都是很低，很多在幾百伏的范圍，如MOS單管在100- 200V之間，GaAs FET在100－300V之間，而且這些單管是不能增加保護電路的；一些電路尤其是 CMOS IC采取了靜電保護設計，可雖然以明顯的提高抗ESD水平，但大多數也只能達到2000－4000V ，而在實際環境中產生的靜電電壓則可能達到上萬伏（如第1章的表1.4和表1.6。因此，沒有防護 的元器件很容易受到靜電損傷。而且隨著元器件尺寸的越來減小，這種損傷就會越來越多。所以我 們說，絕大多數元器件是靜電敏感器件，需要在制造、運輸和使用過程中采取防靜電保護措施。表 2.1列出了一些沒有靜電保護設計器件的靜電放電敏感度。 2 靜電對電子行業造成的損失很大電子行業如微電子、光電子的制造和使用廠商因為靜電造成的損失和危害是相當嚴重的。據 美國1988年的報道，它們的電子行業中，由于ESD的影響，每年的損失達50億美元之多；據日本統 計，它們不合格的電子器件中有45％是由于靜電而引起的；我國每年因靜電危害造成的損失也至少 有幾千萬。圖2.1是美國Ti公司對某一年對客戶失效器件原因進行分析統計的結果，從中可以看到 由EOS/ESD引起的失效占總數的47%；圖1.2是美國半導體可靠性新聞對1993年從制造商、測試方和 使用現場得到的3400例失效案例進行的統計，從中可以看到,EOS/ESD造成的失效也達到20%。而圖 2.3是一個CMOS器件和一個雙極型器件在受到ESD損傷后芯片內部的相貌像。 ESD對電子元器件的危害還表現在它的潛在性。即器件在受到ESD應力后并不馬上失效，而會在使用 過程中逐漸退化或突然失效。這時的器件是“帶傷工作”。這是人們對靜電危害認識不夠的一個主 要原因。實際上，靜電放電對元器件損傷的潛在性和累積效應會嚴重地影響元器件的使用可靠性。 由于潛在損傷的器件無法鑒別和剔除，一旦在上機應用時失效，造成的損失就更大。而避免或減少 這種損失的最好辦法就是采取靜電防護措施，使元器件避免靜電放電的危害。圖2.4是一個器件受到ESD潛在損傷的例子，器件的功能沒有失效，只是某個管腳的I-V特性發生了 一些變化。圖2.5是對一種型號的兩組CMOS IC進行過可靠性對比試驗。一組是經歷過低于其失效閾值較多電壓 的ESD試驗而功能完全正常的樣品，另一組是未經過任何試驗的良品。壽命試驗的結果是前者的中 位壽命（累積失效率為50％的壽命）低于后者2個量級以上。這充分說明了ESD潛在損傷對器件可靠 性的影響。 3 國內外企業的狀況國際上在1979年成立了EOS/ESD研究協會，主要研究電子行業的EOS和ESD問題，尋求解決方 法。美軍標883E“微電路試驗方法”中關于ESD等級評價的標準已先后7次修訂，現在已是3015.7版 ，而且很多標準明確規定軍用微電路必須達到2kV的ESD等級。美國多數主要的電子制造商在八十年 代初已經建立了他們的ESD組織機構，專門負責ESD方面的工作，主要有防靜電設計、靜電檢測、靜 電防護以及管理、培訓等。與國際上發達國家相比，我國在這方面的工作起步要晚很多，差距也較大。直到最近幾年才真正 重視和發展起來。在軍品方面，如修改版的國軍標GJB548A-96和國軍標128A－97 分別增加了對微 電路和分立器件的靜電放電敏感度分類要求；并要求貫徹國標的產品必須給出ESDS的值；在民品方 面，合資和獨資企業的狀況較好，起步較早，大多參照國外企業的做法，在抗ESD設計和靜電防護 方面都達到了較高的水平，如上海的貝嶺、南京的富士通、廣東北電等；而其它民品企業也已經意 識到靜電問題重要性，并在產品的抗靜電設計和生產線的靜電防護方面投入人員和資金，取得了很 好的效果。雖然國內企業正在逐步改進，但仍然存在不小的差距。舉例來說，如軍品CMOS電路還未提出 2kV的要求；有些生產線豪華裝修，但無防靜電措施；從業人員缺乏關于ESD的上崗培訓等。