集成電路的隱形殺手是什么

　　1998年8月24日，英一教授將芯片植入自己手臂內(nèi)獲得成功。說(shuō)起芯片，大家都知道，芯片里含有集成電路，那么，集成電路害怕什么呢？

　　我們可能體會(huì)不到，人走過(guò)化纖的地毯可能產(chǎn)生靜電大約有35?000伏電壓，翻閱塑料說(shuō)明書(shū)時(shí)大約為7000伏電壓，人在靜電放電時(shí)會(huì)感到皮膚酸麻疼痛，對(duì)于集成電路中的電子元器件來(lái)說(shuō)，這么高的電壓就可能造成致命的危害。靜電放電過(guò)程以極高的強(qiáng)度迅速地發(fā)生，通常會(huì)產(chǎn)生足夠的熱量熔化半導(dǎo)體芯片的內(nèi)部電路或者將絕緣層擊穿，即使被靜電作用一次，就可能使整塊集成電路永久報(bào)廢。任何一家制造商都面臨著靜電帶來(lái)的威脅。全球電子制造工業(yè)中，每年因?yàn)殪o電放電而造成的損失高達(dá)數(shù)十億美元。可以說(shuō)，靜電是集成電路的“隱形殺手”。

　　為解決這個(gè)問(wèn)題，在集成電路器件的制造、測(cè)試、搬運(yùn)、組裝、生產(chǎn)階段以及使用階段，人們都會(huì)采用多種方式嚴(yán)格地保護(hù)電子元件。例如要求所有進(jìn)入靜電保護(hù)區(qū)域的工作人員必須接地，防止電荷累積；在制造車(chē)間，操作人員穿著防靜電服裝、防靜電鞋襪，佩戴接地的防靜電腕帶；工作場(chǎng)所的地面是導(dǎo)電的，或者鋪設(shè)導(dǎo)電墊；保持環(huán)境空氣濕度。此外，為了中和產(chǎn)生的靜電電荷，最有效的方法是使用離子發(fā)生器——它可以在工作區(qū)域吹出離子化空氣流，中和累積在絕緣材料上的電荷；在裝配期間，電路板包裝也采用專(zhuān)門(mén)的屏蔽袋。例如我們見(jiàn)到的一些電子元件外面包有一層灰色的半透明塑料包裝，這層塑料中加入了導(dǎo)電材料，它可以有效屏蔽電流，保護(hù)電子元件不受影響。不僅如此，設(shè)計(jì)人員還將靜電保護(hù)電路制造在集成電路芯片中，提供靜電電流的放電路徑，從而避免靜電將內(nèi)部電路擊穿。

　　解析集成電路殺手——靜電

　　ESA（Electro Static Attraction）靜電吸附

　　我們知道IC生產(chǎn)工藝要求的是潔凈車(chē)間或超凈車(chē)間。但國(guó)內(nèi)很少有廠(chǎng)家能做到無(wú)塵室里一粒particle都沒(méi)有，現(xiàn)在要求灰塵顆粒粒徑由原來(lái)的0.3μm降低到現(xiàn)在的0.1μm，但如果吸附的灰塵粒子的粒徑大于線(xiàn)條寬度時(shí)，很容易使產(chǎn)品報(bào)廢。

　　有時(shí)候客戶(hù)會(huì)問(wèn)，我們生產(chǎn)晶片的整道工序靜電防護(hù)做的很好，該接地的都接了，要用的防靜電設(shè)備也用了，而且凈化等級(jí)做的也很高，為什么放置一段時(shí)間后還會(huì)吸灰呢？那是因?yàn)樯a(chǎn)加工晶片的機(jī)臺(tái)或工作車(chē)間都裝有FFU高效過(guò)濾器，當(dāng)氣流與產(chǎn)品進(jìn)行摩擦后就會(huì)產(chǎn)生靜電，靜電累積到一定量的時(shí)候就會(huì)吸附灰塵。所以我們建議在高效過(guò)濾器下端裝不帶氣源的靜電消除器來(lái)保證整個(gè)空間的動(dòng)態(tài)平衡。

　　ESD（Electro Static Discharge）靜電放電

　　靜電放電是電荷積累的過(guò)程，當(dāng)電荷積累到一定的程度，有個(gè)導(dǎo)體接近它就會(huì)產(chǎn)生靜電放電。舉個(gè)很簡(jiǎn)單的例子，在干燥的冬季，人走動(dòng)、摩擦后很容易積聚靜電，當(dāng)我們碰到金屬把手或開(kāi)汽車(chē)門(mén)的時(shí)候會(huì)有觸電的感覺(jué)，這就是靜電放電，一般人體帶有3000-5000V的靜電時(shí)就會(huì)有明顯放電的感覺(jué)。

　　半導(dǎo)體元器件也是同樣的道理，如果帶有一定靜電量的半導(dǎo)體器件單獨(dú)放置或裝入電路模塊時(shí)，它馬上就會(huì)被擊穿。器件受到靜電放電的影響后，有可能不會(huì)立即出現(xiàn)功能性的損壞，但會(huì)影響元器件的可靠性。

　　靜電放電造成的損失每年可達(dá)到幾十億美元以上。因此，許多大型的元件和設(shè)備制造廠(chǎng)引進(jìn)專(zhuān)業(yè)技術(shù)以減小生產(chǎn)環(huán)境中的靜電積累。

　　EMI（Electro Magnetic Interference）電子干擾

　　靜電放電會(huì)輻射出很多的無(wú)線(xiàn)電波，而這些電波都是有頻率的，會(huì)對(duì)周邊的微處理器造成很大的干擾，比如會(huì)出現(xiàn)混亂的程序指令、混亂的資料、不明的錯(cuò)誤信息等等，而這些問(wèn)題一般不被人重視，但一旦出現(xiàn)故障它帶來(lái)的危害將是巨大的。

　　以上的危害給我們帶來(lái)的損失是驚人的。據(jù)有關(guān)報(bào)道估計(jì)我國(guó)電子工業(yè)每年因靜電造成直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)十億人民幣;美國(guó)每年因靜電造成的電子工業(yè)直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100多億美元;英國(guó)也曾有過(guò)損失近20億英鎊的事實(shí);日本在上世紀(jì)90年代，不合格微電子器件中有45%是因靜電造成的。這些數(shù)字是十分觸目驚心的，把全球這些損失加起來(lái)應(yīng)該可以建造幾十個(gè)像華宏NEC這樣的芯片廠(chǎng)家，那會(huì)給我們大家?guī)?lái)多少收益。
責(zé)任編輯：YYX