靜電防護(hù)的作用和意義

靜電防護(hù)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(gè)方面來(lái)說(shuō)明。 1 多數(shù)電子元器件是靜電敏感器件多數(shù)未采取保護(hù)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(hù)電路的；一些電路尤其是 CMOS IC采取了靜電保護(hù)設(shè)計(jì)，可雖然以明顯的提高抗ESD水平，但大多數(shù)也只能達(dá)到2000－4000V ，而在實(shí)際環(huán)境中產(chǎn)生的靜電電壓則可能達(dá)到上萬(wàn)伏（如第1章的表1.4和表1.6。因此，沒有防護(hù) 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(lái)減小，這種損傷就會(huì)越來(lái)越多。所以我 們說(shuō)，絕大多數(shù)元器件是靜電敏感器件，需要在制造、運(yùn)輸和使用過程中采取防靜電保護(hù)措施。表 2.1列出了一些沒有靜電保護(hù)設(shè)計(jì)器件的靜電放電敏感度。 2 靜電對(duì)電子行業(yè)造成的損失很大電子行業(yè)如微電子、光電子的制造和使用廠商因?yàn)殪o電造成的損失和危害是相當(dāng)嚴(yán)重的。據(jù) 美國(guó)1988年的報(bào)道，它們的電子行業(yè)中，由于ESD的影響，每年的損失達(dá)50億美元之多；據(jù)日本統(tǒng) 計(jì)，它們不合格的電子器件中有45％是由于靜電而引起的；我國(guó)每年因靜電危害造成的損失也至少 有幾千萬(wàn)。圖2.1是美國(guó)Ti公司對(duì)某一年對(duì)客戶失效器件原因進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，從中可以看到 由EOS/ESD引起的失效占總數(shù)的47%；圖1.2是美國(guó)半導(dǎo)體可靠性新聞對(duì)1993年從制造商、測(cè)試方和 使用現(xiàn)場(chǎng)得到的3400例失效案例進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)，從中可以看到,EOS/ESD造成的失效也達(dá)到20%。而圖 2.3是一個(gè)CMOS器件和一個(gè)雙極型器件在受到ESD損傷后芯片內(nèi)部的相貌像。 ESD對(duì)電子元器件的危害還表現(xiàn)在它的潛在性。即器件在受到ESD應(yīng)力后并不馬上失效，而會(huì)在使用 過程中逐漸退化或突然失效。這時(shí)的器件是“帶傷工作”。這是人們對(duì)靜電危害認(rèn)識(shí)不夠的一個(gè)主 要原因。實(shí)際上，靜電放電對(duì)元器件損傷的潛在性和累積效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重地影響元器件的使用可靠性。 由于潛在損傷的器件無(wú)法鑒別和剔除，一旦在上機(jī)應(yīng)用時(shí)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(hù)措施，使元器件避免靜電放電的危害。圖2.4是一個(gè)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(gè)管腳的I-V特性發(fā)生了 一些變化。圖2.5是對(duì)一種型號(hào)的兩組CMOS IC進(jìn)行過可靠性對(duì)比試驗(yàn)。一組是經(jīng)歷過低于其失效閾值較多電壓 的ESD試驗(yàn)而功能完全正常的樣品，另一組是未經(jīng)過任何試驗(yàn)的良品。壽命試驗(yàn)的結(jié)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(gè)量級(jí)以上。這充分說(shuō)明了ESD潛在損傷對(duì)器件可靠 性的影響。 3 國(guó)內(nèi)外企業(yè)的狀況國(guó)際上在1979年成立了EOS/ESD研究協(xié)會(huì)，主要研究電子行業(yè)的EOS和ESD問題，尋求解決方 法。美軍標(biāo)883E“微電路試驗(yàn)方法”中關(guān)于ESD等級(jí)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)已先后7次修訂，現(xiàn)在已是3015.7版 ，而且很多標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定軍用微電路必須達(dá)到2kV的ESD等級(jí)。美國(guó)多數(shù)主要的電子制造商在八十年 代初已經(jīng)建立了他們的ESD組織機(jī)構(gòu)，專門負(fù)責(zé)ESD方面的工作，主要有防靜電設(shè)計(jì)、靜電檢測(cè)、靜 電防護(hù)以及管理、培訓(xùn)等。與國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)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(fā)展起來(lái)。在軍品方面，如修改版的國(guó)軍標(biāo)GJB548A-96和國(guó)軍標(biāo)128A－97 分別增加了對(duì)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(guó)標(biāo)的產(chǎn)品必須給出ESDS的值；在民品方 面，合資和獨(dú)資企業(yè)的狀況較好，起步較早，大多參照國(guó)外企業(yè)的做法，在抗ESD設(shè)計(jì)和靜電防護(hù) 方面都達(dá)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(yè)也已經(jīng)意 識(shí)到靜電問題重要性，并在產(chǎn)品的抗靜電設(shè)計(jì)和生產(chǎn)線的靜電防護(hù)方面投入人員和資金，取得了很 好的效果。雖然國(guó)內(nèi)企業(yè)正在逐步改進(jìn)，但仍然存在不小的差距。舉例來(lái)說(shuō)，如軍品CMOS電路還未提出 2kV的要求；有些生產(chǎn)線豪華裝修，但無(wú)防靜電措施；從業(yè)人員缺乏關(guān)于ESD的上崗培訓(xùn)等。