集成電路的ESD防護技術分析

應淼沸

摘 要：隨著現代科學技術的快速發展，ESD（靜電放電）防護技術在電路維護中所發揮的作用越來越明顯。在IC產品的生產過程中，往往會發生ESD現象。本文以集成電路的ESD防護技術為中心，淺談了ESD防護技術的重要性，介紹了ESD的成因，列舉了一些ESD基本防護器件，分析了ESD防護技術中的全芯片技術，并針對當前ESD防護技術應用中存在的問題提出了幾項合理建議。

關鍵詞：集成電路；ESD防護技術；ESD；靜電防護；全芯片技術

隨著現代社會的不斷進步，靜電防護越來越受到人們的重視。作為集成電路生產的重要組成技術，靜電防護技術對于電路的生產和使用具有重要意義。在IC工藝水平不斷提升的背景下，企業對集成電路的要求越來越高，然而在高分子材料廣泛使用同時，企業對靜電防護的要求也越來越高。集成電路的靜電防護不僅可以提高產品的成品率，還可以保護人員的安全。因此，企業應合理使用ESD防護技術，從而為企業整體效益的提高提供合理基礎。

1 ESD防護技術的重要性

據統計，每年因靜電釋放不當而造成損失高達數十億美金。高昂的耗費損失使得ESD防護技術在產品生產中所發揮的作用越來越重要。以下從制造業和電子業兩個方面分析了ESD防護技術的重要性。首先，ESD防護技術在制造業的合理使用可以達到避免灰塵吸附、減低元件被破壞、避免人員受傷、預防火災或者爆炸發生以及減少產品失效或運作不穩定的目的。另外，ESD防護技術在電子業的有效使用不僅可以提高電子產品的品質，從而提高電路的使用壽命，還可以保障生產人員的安全，對于公司整體效益的提高和風險的有效管理具有重要意義。

2 ESD的成因

ESD主要是由于直接接觸或者靜電感應而導致兩個不同電勢的物體之間靜電荷傳輸的現象。通常，在ESD制造的電壓達到三千伏特時，由于靜電而產生的大量熱量將對集成電路造成巨大的損害。

ESD主要有三種現象：首先，摩擦起電是最為常見的一種靜電放電現象。其主要是在摩擦產生的帶有不同電荷的電子的多次接觸和分離過程中產生的。另外，空氣電離也是一種重要的靜電現象。其主要是由于絕緣物體表面上中性電荷與空氣的反應所造成的。最后，感應電荷主要是指在不帶電的集成電路與靜電場感應而產生的電荷。

綜上所述，在元件的生產和使用都會受到靜電的影響。靜電就像一個隱形殺手，一旦發生靜電現象，產品的質量將難以得到保障。因此，電子企業在進行電子生產的過程中對于靜電的防護非常重視。

3 ESD基本防護器件

實際中，ESD的防護器件多種多樣，每一種器件都發揮著其獨特的作用。以下主要列舉了三方面的ESD基本防護器件。

3.1 二極管

二極管作為集成電路的關鍵組成元件，其不僅是構造最簡易的電壓鉗位器件，也是企業生產過程中運用最為普遍的防護器件。由于ESD二極管器件沒有回滯的特點，因此，二極管的防護檢測主要采用軌到軌的方式。

3.2 電阻

電阻作為集成電路的重要組成部分，其不僅是構造最簡單的無源器件，也是ESD的重要防護器件，對ESD防護技術的有效運用具有重要意義。在實際操作過程中，N型阱電阻是最常用的ESD防護器件。

3.3 雙極型晶體管

雙極型晶體管是ESD防護技術的一項重要防護器件，其主要是一種具有電流放大作用的、由兩個背靠背PN結構構成的晶體三級管。

4 全芯片防護技術

在電子企業的日常生產過程中，靜電放電會對集成電路造成巨大程度的損壞。在集成電路制程技術逐漸縮小到亞微米階段時，以往的一些先進的制程技術反而對集成電路的靜電防護性能造成了嚴重的不利影響，導致集成電路的使用效率不斷降低。因此，在亞微米階段，企業急需一種新型的靜電防護設計為集成電路的生產和運用提供有效幫助。在全芯片防護技術中可以在輸入PAD的周邊裝上集成防護電路，并在輸出PAD加強輸出緩沖級的靜電防護性能。

5 ESD防護技術應用存在的問題

5.1 人員缺乏專業的素質和安全意識

當前，雖然大多數企業對靜電防護技術的重視度越來越高，但是許多企業的人員素質和安全意識仍然有待提高。首先，企業缺乏對大多數人員專業靜電防護素質的培養，導致在遇到突發事件時難以以最快的速度找到最為合適的方法進行解決；另外，一部分電子企業內部的一線員工在從事電子生產時，不遵守企業嚴格的靜電管理制度，比如，在工作期間隨意戴項鏈或者戒子之類的金屬物品。

5.2 靜電防護自動化程度不高

在現代信息技術快速發展的背景下，雖然許多企業對靜電的防護已經達到了自動化的程度，但是仍然有許多小型電子生產企業，對靜電的防護依然停留在傳統防護的階段，導致企業產品生產的效率不斷降低。

6 有關ESD防護技術應用的改進措施

6.1 提升人員的專業素質和安全意識

針對人員缺乏專業的素質和安全意識的問題，電子企業應采用各種方法提升人員的專業素質和安全意識。首先，企業應對電子技術人員進行定期的培訓和考核，從而提高電子技術人員的專業素質。另外，企業應組織人員對一線員工普及靜電的危害以及應對靜電突發時間的處理方法，從而達到提升人員安全防范意識的目的，進而減少人員的傷亡。

6.2 提升小型電子企業的自動化水平

隨著科學技術的不斷進步，自動化靜電監測已經成為靜電防護的重要方法。自動化靜電監測不僅能夠減少靜電防護的人力成本，還可以減少靜電對產品的損害，從而提升產品的合格率，對于企業的發展壯大具有重要意義。因此，小型電子企業應盡可能提升自身的靜電防護能力，積極引入并合理使用自動化監測設備，從而快速提升自身的自動化水平。

7 小結

綜上所述，ESD防護技術對于維護電路的使用具有重要的作用。近些年來，隨著電子行業的快速發展，企業對ESD防護技術的要求越來越高。如今，信息技術已經合理地被運用于ESD防護技術中，集成電路的有效性越來越好。企業應合理地將現代科學技術合理地運用到靜電防護中，從而快速提升企業整體的效益水平。

參考文獻：

[1]劉暢，黃魯，張峰，等.保護環版圖結構對ESD防護器件耐壓能力的影響[J].半導體技術，2017，42（3）：205209.