半导体器件的电气过应力和静电放电故障——第一部分

时间:2022-03-17作者:佚名

CMOS尺寸缩小的好处在于降低功耗,提高速度,但更小的尺寸会让较薄的栅氧化层更容易在EOS/ESD情况下受到损坏。随着技术进步,尺寸不断减小的半导体芯片、较薄的栅氧化层、多个电源、复杂的芯片以及高速工作的电路,这些都会大幅提高ESD敏感性。栅氧化层厚度的减小意味着较低的电流就可能使其遭到损坏。

ESD预测是一项单调乏味的工作,因为ESD现象在微观和宏观物理层面上都会发生。ESD保护设计是IC设计人员的一大挑战。随着技术不断向深亚微米级发展,为了实现更高的质量标准,CAD流程设计验证中具有增强功能的高稳健性高级预测模型,是应对ESD所必需的。

ESD损坏通常来源于人工操作、机械臂操作和制造环境中的其它设备,也来源于封装本身累积的电荷。ESD是EOS的子集。可通过两种方法减少ESD引起的IC故障,一是在制造、运输和应用IC的环境中确保适当的人员操作和设备接地,以避免发生ESD问题;二是为封装IC的引脚添加保护电路,在出现ESD应力情况下转移内部电路的高电流并钳制高电压。ESD保护电路设计用于在ESD事件中接通,从而钳制焊盘上的电压。

现场返回器件的故障分析能通过显示故障机制来协助设计开发工作。芯片制造商按照工业标准确保产品的ESD质量,不过他们无法控制客户如何操作,因此要进行片上有效的保护电路集成和测试。

本文将对EOS/ESD做基本介绍,并谈谈电荷转移机制、ESD测试模型、电气特征和EOS/ESD相关机制,并给出一些故障分析与技术的实例。

电荷生成和转移机制

在介绍EOS/ESD之前,我们先应了解物体之间的电荷转移是如何发生的,电荷转移机制是什么。电荷生成过程主要有三种:摩擦起电(接触和分离机制)、感应和传导等。

物质表面由于不同物质之间摩擦而产生的电荷不平衡就被称为“摩擦起电”。电荷的极性和强度取决于物质的摩擦电属性、表面粗糙度、施加的压力大小、温度、张力等。图1给出了两个不同电负性物体X和Y之间电荷转移的情况。我们假定物体之间有接触(摩擦),物体X失去电荷e,而物体Y获得电荷e。因此,物体X相对于物体Y而言带正电。这一现象就是摩擦电。

图1:电荷生成机制

让我们看看日常生活中有哪些摩擦电的实例。当人在地板上走,鞋底与地面的接触和分离就会生成静电。如果人在地毯上走,就可能积累起数千伏特的电荷,足以产生电火花。通过接地放电,电荷平衡能够得以恢复。放电速度极快,只需几纳秒就能完成。通常静电放电电压要达到3kV时人体才会有所感觉。ESD事件通常都会让人感到轻微的电击。不过,如果同等的ESD压力注入设备,就可能对设备造成损害。

环境空气中相对较低的湿度也会增加放电时的电压,因为其提高了绝缘物质保持电荷的能力,而且由于空气传导性下降而导致积累的电荷难以逐渐消散。开车时,驾驶员、乘客的衣服与汽车皮制或塑料内饰的摩擦也会积累起电荷。积累的电荷在接触金属车身时可能产生电火花。

表1:摩擦电物质的分类

相关阅读

公园夜景灯光工程营造别具一格的夜景魅力

公园和广场由花、树和绿草组成,是居民娱乐、游戏和锻炼的主要场所。 公园夜景灯光工程 致力于营造环境氛围,提高公园夜间活动的安全系数,将公园夜景打造成具有城市特色的文...
2022-08-05
公园夜景灯光工程营造别具一格的夜景魅力

广场景观照明能更好的丰富人们夜间生活

绿色照明是我们创造节约型社会的动力。我们积极将这一理念引入 城市广场景观照明设计 ,实现科技、艺术、文化的有机融合,打造一批有效展示城市现代文明形象、服务社会、造福...
2022-09-16
广场景观照明能更好的丰富人们夜间生活

古建筑亮化工程避免造成破坏的方法有哪些?

古建筑是历史文化的积淀,具有一定的历史意义和研究价值,是不可再生的资源。由于古建筑多为木结构,在 古建筑亮化工程 时,应根据具体的环境条件和安装方式采取相应的保护措...
2022-07-29
古建筑亮化工程避免造成破坏的方法有哪些?

景观照明要注重保持古建筑的真实性

古建筑是具有历史意义的文化遗产。夜景灯光效果不仅赋予古建筑以鲜明的夜景,还表达了深厚的文化底蕴。适度的景观照明更能表现古建筑之美,让整个古建筑景观在夜晚都能呈现多...
2022-07-30
景观照明要注重保持古建筑的真实性

城市楼体亮化工程要达到设计规范标准

城市楼体亮化工程 能够说成城市策划的一个组成部分,也是城市亮化工程的关键构成部分。那么,明亮照明设计和大伙儿共享一下城市楼体亮化工程中应当留意什么? 1.依据楼体主要用...
2022-09-21
城市楼体亮化工程要达到设计规范标准

热销商品

电工胶带绝缘胶带PVC电胶布防水阻燃超粘耐温黑胶布汽车线束胶带

电工胶带是一款专业的电力电工用材,具备绝缘、PVC材质特性,可有效保障电气线路绝缘性能,防止电流外泄引发漏电风险。其采用防水、阻燃、超粘、耐温等设计,能适应复杂...
¥ 2.4

氟胶O型圈耐高温密封圈线径1-10mm现货可订做大尺寸胶圈非标异形

氟胶O型圈采用高性能氟橡胶(FKM)材料制成,具有卓越的耐高温、耐油、耐化学腐蚀性能,长期使用温度可达200℃以上,短期可耐受250℃高温。线径规格覆盖1–10mm,现货充足,支...
¥ 0.4

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.91

100%桑蚕丝香云纱饰品发圈发夹口罩眼罩发带腰封直播专拍单拍无效

100%桑蚕丝香云纱饰品系列,精选天然桑蚕丝与非遗香云纱工艺匠心打造,质感柔滑亲肤,光泽雅致,尽显东方韵味。包含发圈、发夹、口罩、眼罩、发带、腰封等多款实用配饰,适...
¥ 1

橱柜灯层板柜子线型灯LED免焊接餐边柜子灯感应灯衣柜鞋酒柜灯带

橱柜灯层板柜子线型灯LED免焊接餐边柜子灯感应灯衣柜鞋酒柜灯带是一种用于家居照明的灯具,具有多种款式和功能。这些灯具通常采用LED光源,具有节能、环保的优点,且使...
¥ 4.4

网站栏目