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CMOS等敏感器件的ESD静电耐受脆弱性-ASIM阿赛姆

来源:Asim(ASIM整理发布)   时间:2025-08-11

     由于电子产品的迅速发展,其体积趋小,集成度高,主要依赖计算机后处理并与声、光、磁、生物等多学科结合的医疗器件实现了大规模生产,日常生活中应用的电子产品数量日益增多。与此同时,静电对电子设备造成的损伤事件也随之频繁发生。

静电对电子产品损害特性

     静电造成的典型危害主要体现在以下方面:首先是隐蔽性,由于难以被人体感知,电子产品可能在不知不觉中已受到损害;其次是潜在性,静电损伤的效应可能不会立即呈现,或不足以导致一次性彻底失效,其影响往往在长期使用过程中逐渐显现;此外还有随机的发生特点以及复杂的损伤机理,静电可能对任意元器件的任意部位产生破坏。

一、隐蔽性

     人体通常无法直接感知静电的存在(除非发生显著放电),并且即使发生静电放电(ESD),人体也可能感觉不到电击,因为人体对静电放电的感知阈值约为2-3KV。因此,静电的危害具有显著的隐蔽性。

二、潜在性

      部分电子元器件在遭受静电损伤后,其性能并不会立即表现出显著的下降。但多次累积的静电放电影响会在器件内部形成潜在的损伤隐患,这种隐患最终可能导致失效。因此,静电对器件的损伤具备显著的潜在性特征。

三、随机性

      电子元器件可能在哪个环节遭遇静电破坏?可以说,从其制造、运输、存储直至应用的全生命周期内,均存在遭受静电威胁的风险。静电的产生过程具有随机性,其最终导致的失效模式同样呈现出随机性。

四、复杂性

      静电放电(ESD)造成损伤的失效分析工作具有显著的复杂性:

  1. 失效分析难度大:这源于电子产品精密、微小、集成度高的结构特征,导致分析工作费时、费力且成本高昂,需应用较高技术手段,常常依赖如扫描电子显微镜(SEM)等精密仪器。
  2. 损伤识别困难:许多静电损伤的表征特征与由其他因素(如电过应力、机械损伤)引起的失效模式难以明确区分,容易将真实的静电损伤失效原因错误地归咎于其他因素。

    (小至电路级别的微小放电,大至闪电现象,均属于ESD静电放电现象范畴。)

  3. 掩盖失效根源:在对静电放电损害缺乏充分认知的情况下,常会将因ESD导致的早期失效或成因不明的失效,错误地归结为其他原因,从而掩盖了失效的根本导火索。综上所述,准确辨识及分析静电对电子器件的毁坏机制具有高度的本质复杂性。

那么,应该如何消除静电隐患?

  1. 实施正确接地以泄放静电:建立可靠的低阻抗接地通道是消除静电积累的基础措施。
  2. 加强包装及运输过程静电防护:针对电子器件的包装、仓储、搬运及运输全环节,必须实施严谨的静电防护措施。
  3. 人员静电管控:操作或维修人员需具备静电危害意识,尽量避免直接触摸电子设备内部板卡线路。必须接触时,应佩戴接地手环,确保静电通过接地回路有效泄放。
  4. 工作环境静电控制:条件允许的工作场所应配置全面的防静电设施,如防静电地板、工作椅等,并维持理想的相对湿度(建议40%-60%)以降低静电发生几率。
  5. 提升器件的固有抗静电能力(ESD Robustness):增强电子元器件本身对静电能量的耐受性和抗损伤能力,有助于在发生意外ESD事件时减小损坏程度或降低失效风险。鉴于静电对电子元器件的损害往往是永久性的,因此必须采取系统性防护措施,以将因此类损伤导致的故障损失控制到最低水平。

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