Программа ESD-защиты

Вступление

Технологии интегрированных схем достигли более высоких скоростей, меньших размеров, малых мощностей и напряжений, в связи с чем имеет место тенденция к усилению ЭСР-восприимчивости. Современные КМОП ИС восприимчивы к напряжению не менее 50 В, статический уровень которых, лежит между 500 В и 15 кВ часто встречается в рабочей среде не защищенной от ЭСР. Поскольку современные интегральные схемы есть в системах, ЭСР-восприимчивость системного обеспечения также возрастает пропорционально. Промышленная оценка потерь за счет ЭСР в пределах нескольких миллиардов долларов в год.

В настоящее время, это становится все более важным для всех производителей полупроводниковых компонентов, их пользователей, и пользователей остальных электронных компонентов, для полного понимания природы ЭСР, источников ЭСР, его влияния на качество и надежность, и эффективного устранения «скрытых чип-убийц».

Linear Technology Corporation (LTC) успешно осуществило простую, но вместе с тем эффективную программу ЭСР-защиты, как часть общей программы направленной на повышение качества продукции и ее надежности. Описанные в данном разделе моменты являются ключевыми моментами данной программы.

Цель состоит в обеспечении понимания ЭСР посредством обнаружения его источников в рабочем пространстве и формулировании ключевых моментов для успешного осуществления программы ЭСР-защиты.

Конечным результатом успешного проведения программы ЭСР будет снижение череды отказов, конечный контроль над сбоями и полем отказов, повышение производительности предприятия, качества продукции, ее надежности и снижение затрат по гарантии.

Надеемся, что это поможет убедить читателя в том, что программа ЭСР-защиты должна стать неотъемлемой частью обеспечения качества продукции любой компании занимающейся электроникой и программой надежности.

Ключевые элементы успешной реализации программы эср-защиты

Последние достижения в методах анализа отказов для корректного обнаружения ЭСР отказов вместе с улучшением связанной с ЭСР информации из технических публикаций, c симпозиумов по проблемам электрических перегрузок и ЭСР (EOS/ESD) и от производителей, значительно способствовали повышению осведомлённости об ЭСР.

Программа ЭСР-защиты от LTC успешно была реализована в 1983 году, когда было впервые запущенно производство ИС. До сих пор продолжается модернизация программного обеспечения. В процессе прикладываемых усилий по улучшению качества и надежности продукции, были выявлены и ликвидированы проблемы ранее несвязанные с ЭСР. Эффективная программа ЭСР-защиты должна запускаться в процессе производства продукции, охватывать все производство и шаги обработки, вплоть до службы на местах и ремонт. Цель производства – добиться ЭСР-чувствительности на уровне 2 кВ или выше.

С тех пор, как источники статики на любом рабочем месте стали похожими, ключевые элементы программы успешно реализованные в LTC также могут применяться всеми пользователями электронных компонентов. Там, где применяются эти ключевые элементы, включены статические средства управления, типичные для производителей электронных систем.

Ключевые элементы для успешной программы эср-защиты включают:

1. Понятие статического электричества.

2. Понимание связанных с ЭСР механизмов повреждения.

3. ЭСР-тест чувствительности.

4. Создание целевой ЭСР-группы для изложения требований программы, продажа программы управления, ее реализация, обзор прогресса в отношении этапов и последующие меры по страхованию программы постоянно совершенствуются и модернизируются. Выбор ЭСР-координатора для взаимодействия со всеми отделениями, пострадавших.

5. Проведение оценки объекта, для определения источника ЭСР и создание статических мер контроля.

6. Установка программы аудита.

7. Выбор материалов ЭСР-защиты и оснастки.

8. Создание программы обучения и осведомления об ЭСР.

Что такое статическое электричество?

Статическое электричество – это излишек или недостаток электронов на одной поверхности по отношению к другой поверхности или к земле. Поверхность, имеющая избыток электронов является отрицательно заряженный, а их недостаток, заряжена положительно. Статическое электричество измеряется в единицах напряжения (вольт) и заряда (кулон). Свечение и искры от металлических дверных ручек в течение сухого времени года – примеры статического электричества. Величина статического заряда зависит от многих переменных таких как размер, форма, состав материала, характеристика поверхности и влажность. Как правило, существует 3 основных генератора статического заряда: трибоэлектрический, индуктивный и емкостной.

Трибоэлектрическая зарядка

Наиболее общим способом генерирования статического заряда является процесс трибоэлектрической зарядки. Он возникает, когда два материала (один или оба из которых – изоляторы) соединяются и внезапно разъединяются, или трутся друг о друга, создавая таким образом, дисбаланс электронов в материалах и как следствие, статический заряд. Некоторые материалы легко отдают электроны, в то время как другие склонны накапливать избыточные электроны. Согласно трибоэлектрическому ряду напряжений, материалы располагаются по убыванию, от положительного к отрицательному заряду, в связи с трибоэлектрическим эффектом. Пример трибоэлектрического ряда напряжений приведен ниже. Материал расположенный выше по списку, например, человеческое тело, будет положительно заряженным при соприкосновении с материалом, таким как полиэстер, который расположен ниже по списку, в связи с переходом электронов с тела человека на материал полиэстера.

Трибоэлектрический ряд напряжений

		Человеческое тело
	Положительный	Стекло
	+	Слюда
		Нейлон Шерсть Мех Шелк Алюминий Бумага Хлопок Сталь Дерево Твердая резина Орлон Полиэстер Полиэтилен
	Отрицательный	ПВХ (Винил)
	-	Тефлон

Индуктивная зарядка

Статика может также возникать в результате индукции, где заряженная поверхность вызывает поляризацию соседнего материала. Если есть путь к земле для индуцированного заряда, то ЭСР может возникнуть незамедлительно. Примером индуцированного заряда может послужить приобретение его литым пластиковым корпусом ИС, либо в результате трибоэлектрической зарядки, или иными средствами, создающими электрическое поле и индуцирующими заряд на проводниках устройства. Когда проводники устройства заземлены, может имеет место кратковременный вредный статический импульс.

Емкостная зарядка

Емкость заряженного тела релевантная по отношению к другому телу так же имеет влияние (эффект) на статическое поле. Чтобы убедиться в правдивости сказанного, всего лишь стоит взглянуть на уравнение Q=CV (заряд равен емкости умноженной на напряжение). Если заряд постоянный, напряжение возрастает, а емкость уменьшается, и тем самым поддерживается равновесие. Поскольку емкость уменьшается, напряжение будет расти, до тех пор пока происходит разрядка через дугу. Низкое напряжение на теле с высокой емкостью на земле может вызвать вредное напряжение, такое, при котором тело движет по направлению от «земляной» площадки. Например, напряжение 100 В на широко распространенном пластиковом пакете лежащем на скамейке может увеличиться до нескольких тысяч вольт при поднятии его человеком, в связи с уменьшением емкости.

Подобные источники статики могут быть найдены повсеместно в незащищенных условиях труда, на персонале одетом в синтетическую одежду и халаты, на покрашенном оборудование или анодированной поверхности, и на материалах, таких как коврики, натертые виниловые полы, и незаземленные рабочие поверхности.