集成电路的ESD防护技术分析

应淼沸

摘 要：隨着现代科学技术的快速发展，ESD（静电放电）防护技术在电路维护中所发挥的作用越来越明显。在IC产品的生产过程中，往往会发生ESD现象。本文以集成电路的ESD防护技术为中心，浅谈了ESD防护技术的重要性，介绍了ESD的成因，列举了一些ESD基本防护器件，分析了ESD防护技术中的全芯片技术，并针对当前ESD防护技术应用中存在的问题提出了几项合理建议。

关键词：集成电路；ESD防护技术；ESD；静电防护；全芯片技术

随着现代社会的不断进步，静电防护越来越受到人们的重视。作为集成电路生产的重要组成技术，静电防护技术对于电路的生产和使用具有重要意义。在IC工艺水平不断提升的背景下，企业对集成电路的要求越来越高，然而在高分子材料广泛使用同时，企业对静电防护的要求也越来越高。集成电路的静电防护不仅可以提高产品的成品率，还可以保护人员的安全。因此，企业应合理使用ESD防护技术，从而为企业整体效益的提高提供合理基础。

1 ESD防护技术的重要性

据统计，每年因静电释放不当而造成损失高达数十亿美金。高昂的耗费损失使得ESD防护技术在产品生产中所发挥的作用越来越重要。以下从制造业和电子业两个方面分析了ESD防护技术的重要性。首先，ESD防护技术在制造业的合理使用可以达到避免灰尘吸附、减低元件被破坏、避免人员受伤、预防火灾或者爆炸发生以及减少产品失效或运作不稳定的目的。另外，ESD防护技术在电子业的有效使用不仅可以提高电子产品的品质，从而提高电路的使用寿命，还可以保障生产人员的安全，对于公司整体效益的提高和风险的有效管理具有重要意义。

2 ESD的成因

ESD主要是由于直接接触或者静电感应而导致两个不同电势的物体之间静电荷传输的现象。通常，在ESD制造的电压达到三千伏特时，由于静电而产生的大量热量将对集成电路造成巨大的损害。

ESD主要有三种现象：首先，摩擦起电是最为常见的一种静电放电现象。其主要是在摩擦产生的带有不同电荷的电子的多次接触和分离过程中产生的。另外，空气电离也是一种重要的静电现象。其主要是由于绝缘物体表面上中性电荷与空气的反应所造成的。最后，感应电荷主要是指在不带电的集成电路与静电场感应而产生的电荷。

综上所述，在元件的生产和使用都会受到静电的影响。静电就像一个隐形杀手，一旦发生静电现象，产品的质量将难以得到保障。因此，电子企业在进行电子生产的过程中对于静电的防护非常重视。

3 ESD基本防护器件

实际中，ESD的防护器件多种多样，每一种器件都发挥着其独特的作用。以下主要列举了三方面的ESD基本防护器件。

3.1 二极管

二极管作为集成电路的关键组成元件，其不仅是构造最简易的电压钳位器件，也是企业生产过程中运用最为普遍的防护器件。由于ESD二极管器件没有回滞的特点，因此，二极管的防护检测主要采用轨到轨的方式。

3.2 电阻

电阻作为集成电路的重要组成部分，其不仅是构造最简单的无源器件，也是ESD的重要防护器件，对ESD防护技术的有效运用具有重要意义。在实际操作过程中，N型阱电阻是最常用的ESD防护器件。

3.3 双极型晶体管

双极型晶体管是ESD防护技术的一项重要防护器件，其主要是一种具有电流放大作用的、由两个背靠背PN结构构成的晶体三级管。

4 全芯片防护技术

在电子企业的日常生产过程中，静电放电会对集成电路造成巨大程度的损坏。在集成电路制程技术逐渐缩小到亚微米阶段时，以往的一些先进的制程技术反而对集成电路的静电防护性能造成了严重的不利影响，导致集成电路的使用效率不断降低。因此，在亚微米阶段，企业急需一种新型的静电防护设计为集成电路的生产和运用提供有效帮助。在全芯片防护技术中可以在输入PAD的周边装上集成防护电路，并在输出PAD加强输出缓冲级的静电防护性能。

5 ESD防护技术应用存在的问题

5.1 人员缺乏专业的素质和安全意识

当前，虽然大多数企业对静电防护技术的重视度越来越高，但是许多企业的人员素质和安全意识仍然有待提高。首先，企业缺乏对大多数人员专业静电防护素质的培养，导致在遇到突发事件时难以以最快的速度找到最为合适的方法进行解决；另外，一部分电子企业内部的一线员工在从事电子生产时，不遵守企业严格的静电管理制度，比如，在工作期间随意戴项链或者戒子之类的金属物品。

5.2 静电防护自动化程度不高

在现代信息技术快速发展的背景下，虽然许多企业对静电的防护已经达到了自动化的程度，但是仍然有许多小型电子生产企业，对静电的防护依然停留在传统防护的阶段，导致企业产品生产的效率不断降低。

6 有关ESD防护技术应用的改进措施

6.1 提升人员的专业素质和安全意识

针对人员缺乏专业的素质和安全意识的问题，电子企业应采用各种方法提升人员的专业素质和安全意识。首先，企业应对电子技术人员进行定期的培训和考核，从而提高电子技术人员的专业素质。另外，企业应组织人员对一线员工普及静电的危害以及应对静电突发时间的处理方法，从而达到提升人员安全防范意识的目的，进而减少人员的伤亡。

6.2 提升小型电子企业的自动化水平

随着科学技术的不断进步，自动化静电监测已经成为静电防护的重要方法。自动化静电监测不仅能够减少静电防护的人力成本，还可以减少静电对产品的损害，从而提升产品的合格率，对于企业的发展壮大具有重要意义。因此，小型电子企业应尽可能提升自身的静电防护能力，积极引入并合理使用自动化监测设备，从而快速提升自身的自动化水平。

7 小结

综上所述，ESD防护技术对于维护电路的使用具有重要的作用。近些年来，随着电子行业的快速发展，企业对ESD防护技术的要求越来越高。如今，信息技术已经合理地被运用于ESD防护技术中，集成电路的有效性越来越好。企业应合理地将现代科学技术合理地运用到静电防护中，从而快速提升企业整体的效益水平。

参考文献：

[1]刘畅，黄鲁，张峰，等.保护环版图结构对ESD防护器件耐压能力的影响[J].半导体技术，2017，42（3）：205209.