半导体行业ESD静电防护和改善

彭虎

厦门天马微电子有限公司 福建厦门 361009

1 ESD防护技术的重要性

据统计，每年因不当排放静电造成的损失达数十亿美元。高损耗成本使得ESD保护技术在产品生产中的作用越来越重要。下面从制造业和电子工业两个方面分析ESD保护技术的重要性。首先，在制造业中合理使用ESD防护技术，可以达到避免灰尘吸附，减少部件损坏，避免人身伤害，防止火灾或爆炸，减少产品故障或运行不稳定的目的。此外，静电保护的有效使用技术在电子行业不仅可以提高电子产品的质量，从而提高电路的使用寿命，而且确保生产人员的安全，具有重要意义的改善公司的整体效率和风险的有效管理[1]。

2 半导体行业的ESD现象产生的原因

在半导体工业的运行过程中，会产生许多电子引力。物体在相互接触的过程中也会产生摩擦，使物体携带不同的电荷。如果产生的电荷不能及时有效地传输和中和，那么电荷量就会积累，最终在半导体行业内部形成超高压，产生ESD。物体摩擦的速度、摩擦的有效接触面、空气干燥的程度、半导体行业的温度都影响摩擦产生的电荷量，从而影响ESD现象的强度。当半导体工业本身处于静电场中时，半导体工业的某些部分会受到静电场的影响，从而引起电荷的运动和积累。当不同电压的物体接触时，半导体行业会受到瞬时大电流的激励，产生ESD。

3 ESD基本防护器件

在现实生活中，ESD的保护装置是多种多样的，每一种装置都有其独特的作用。以下是三个基本ESD保护装置的清单。

二极管作为半导体工业的关键部件，不仅是最简单的电压箝位器件，也是生产过程中最常用的保护器件。由于ESD二极管器件没有滞回特性，二极管保护主要采用轨对轨的方式进行测量。

电阻作为半导体工业的重要组成部分，不仅是最简单的无源元件，而且是ESD的重要保护装置。对ESD防护技术的有效利用具有重要意义。n井电阻是实际运行中最常用的ESD保护装置。

4 ESD防护技术的应用

4.1 晶闸管防护技术

可控硅又称晶闸管，是半导体工业中常用的静电保护元件。半导体工业中常用的晶闸管静态保护技术一般采用晶闸管晶闸管，晶闸管由n型电阻器和p型电阻器组成。把它放在输入脚上。N井电阻的P+输入和N+输入连接到半导体行业的阳极端子上，而P井电阻的P+输入和N+输入连接到半导体行业的阴极端子上。晶闸管ESD技术通常由两种电阻和三段管组成。可控晶闸管相当于ESD保护中两端的器件。将晶闸管阴极与p阱连接，阳极与n连接。p阱连接，可控晶闸管与上述双极晶体管PN连接，提供静电保护。晶闸管器件的性能非常好，因此设计基于晶闸管的ESD器件的关键是提高其可用性和灵活性[2]。

4.2 全芯片防护技术

在半导体工业的日常生产过程中，静电放电会对半导体工业造成很大的危害。当半导体行业的工艺技术逐渐降低到亚微米级时，一些先进的工艺技术严重影响了半导体行业的静电防护性能，导致半导体行业的效率不断下降。

5 ESD防护技术应用存在问题的解决途径

5.1 避免ESD的措施

ESD保护电路是专门为IC上的静电放电保护而设计的特殊电路，它提供了一个ESD电流放电路径，防止电流流入IC内部电路，在ESD放电过程中造成损坏。

5.1.1 接地

接地是防止静电产生的最基本、最有效的方法。接地可为静电冲击提供良好的泄放通道，使积聚在带电体上的静电荷能够顺利排出，并迅速引入地面，避免敏感部件的排出。接地电阻应小于10Ω。通过不同的地线接地工作环境中的人员和设备。这一区域的工作面应接地良好。静电接地适用于导电材料和静电耗散材料，如橡胶接地。

5.1.2 湿度控制

湿度是影响静电电荷积累的重要因素。增加环境湿度会增加非导电材料的表面电导率，使其不易在物体表面积聚静电。在有静电危险的地方，可以安装空调设备和喷雾器，增加空气的相对湿度，在工艺条件允许时消除静电。为了达到最佳的静电控制效果，湿度必须保持在60%-70%以上。在允许的情况下，湿度最好不低于50%。

5.1.3 防静电腕带

与集成部件直接接触的人员应佩戴防静电腕带。防静电腕带应与人体皮肤有良好的接触。防静电腕带可以释放人体的静电。

5.2 设计ESD保护器件

5.2.1 芯片内部ESD防护

ESD保护设计的关键是在芯片内部电路的I/O口集成一个片上ESD保护单元。芯片内部ESD保护是将ESD保护单元集成到芯片中，当静电信号到达时保护内部电路不受损坏。与芯片外ESD保护电路相比，它可以直接提高ESD保护能力，节省电路板空间，降低系统成本，降低设计和布线复杂度[3]。

5.2.2 芯片外ESD防护

由于芯片上ESD保护电路容量有限，为了保证整个系统更好的ESD保护能力，外部ESD保护装置是必不可少的。通常用于片外ESD保护的器件有陶瓷电容器、齐纳二极管、肖特基二极管、多层压敏电阻和瞬态电压抑制器。

6 结语

综上所述，ESD保护技术对维护电路的使用起到了重要的作用。近年来，随着电子工业的快速发展，企业对ESD保护技术的要求越来越高。目前，信息技术已被合理地应用于ESD保护技术中，半导体行业的效能越来越好。企业应合理运用现代科学技术对静电防护进行合理的应用，从而快速提高企业的整体效率。