정전기 방전(ESD)은 전자 회로 및 구성 부품에 영향을 줍니다. 이러한 영향 중 일부는 즉각적으로 불량이 나타나고 다른 일부는 몇 주 또는 몇 년 후에 나타날 수 있습니다. 정전기 방전(ESD)은 여러 가지 방식으로 전자 부품에 영향을 미칩니다. 장치에 침투할 수 있는 높은 정적 전압은 복잡한 내부 회로를 손상시킬 수 있습니다. 전압 손실을 방지하고 극도로 높은 전압이 도체와 절연 장벽의 작은 치수를 쉽게 손상시킬 수 있는 MOS 기술의 높은 입력 임피던스로 인해 이제 ESD의 영향이 더 분명해집니다. 집적 회로 기능 크기가 점점 작아지고 있기 때문에 전자 제품은 정전기에 의한 손상에 더욱 취약해지고 있습니다.
ESD가 전자 장비에 어떤 영향을 미치는지 조사하면서 전자 장치 자체를 검사하여 ESD에 의해 어떻게 영향을 받는지 확인하는 것이 중요합니다.
일부 전기 장치는 다른 장치보다 ESD에 더 취약한 것으로 밝혀졌습니다. 그러나 정전하 수준을 공급 전압과 비교하는 것은 문제를 맥락에서 볼 가치가 있습니다. 로직 장치는 50볼트 전기에도 영향을 받지 않습니다. 그러나 ESD 안전 장치 없이 이들을 취급하면 몇 킬로보트의 정전기가 인가될 수 있습니다.
MOS (금속 산화물 반도체) 기술이 적용된 장치는 일반적으로 ESD에 가장 취약합니다. 매우 높은 임피던스로 인해 이러한 장치는 전하가 보다 제어된 방식으로 소산되는 것을 방지합니다. 그러나 이것이 바이폴라 장비가 손상에 영향을 받지 않는다는 것을 의미하지는 않습니다.
250V의 낮은 정전기는 대부분의 CMOS 장치에 손상을 줄 수 있습니다. 전류 소비가 낮기 때문에 여기에는 글루 로직 (다수의 상용 집적 회로를 인터페이스하는 데 사용되는 맞춤형 로직 회로)을 사용하는 많은 시스템에서 자주 사용되는 74HC 및 74HCT 로직 제품군에 포함됩니다. 그러나 많은 새로운 마이크로 프로세서와 LSI 회로는 ESD에 매우 취약하며 5V 미만의 공급 전압으로 인해 무용지물이 되어 ESD 손상이 더 취약합니다.
로직 장치는 정전기로부터 보호되어야 하는 유일한 전자 장치가 아닙니다. 100V의 낮은 정전 전압은 RF GaAsFET를 죽일 수 있어 특히 손상되기 쉽습니다. ESD는 또한 수만흔 개별 FET 변형에 영향을 미칩니다. 다시 말하자면, MOSFET은 매우 민감하며 다양항 RF 어플리케이션에서 일반적으로 사용됩니다.
표준 바이플라 트랜지스터는 대략 500V의 전위에서도 파괴될 수 있습니다. 이에 대한 한 가지 훌륭한 예는 내부 지오메트리가 훨씬 낮고 작동 주파수가 더 높을 것으로 예상되는 최신 트랜지스터입니다. 이는 ESD 민감도 수준의 비교적 작은 부분 집합의 광범위한 예시에 불과합니다. 그러나 모든 반도체 장치 또는 SSD를 취급할때는 주의해야 합니다.
오늘날 SSD는 단순한 반도체 장치 이상을 의미합니다. 일부 국가에서는 패시브 구성 요소조차 정전기에 민감한 것으로 분류되기 시작했습니다. 소형화를 향한 추진으로 인해 개별 전자 부품들이 상당히 작아졌습니다. 따라서 ESD 손상의 영향을 받기 쉽습니다.
정전기 방전 매커니즘은 다음과 같습니다.
정전기 방전 또는 ESD가 그 결과를 나타내는 방법에 영향을 미치는 요인은 다양합니다. 이들 중 대부분은 측정하기 어렵습니다. 정전기가 축적되는 양은 사용되는 재료, 하루의 습도, 심지어 개인의 크기에 따라 다릅니다. 각 개체는 전하를 유지하는 캐퍼시터라고 할 수 있습니다. 일반적인 사람은 300 pF 캐퍼시터와 동일하지만, 개별적인 차이가 이 값에 큰 영향을 미칩니다.
방전은 또한 발생 방식에 따라 다릅니다. 전하는 대개 100나노초 미만으로 빠르게 소멸됩니다. 이 기간동안의 피크 전류는 20 또는 30 암페어에 이를 수 있습니다. 수많은 변수가 피크 전류와 방전 시간 모두에 영향을 미칩니다. 전류 피크는 한 쌍의 핀셋이나 뾰족한 집게와 같은 금속 기구가 손가락을 통해 방전되는 대신 사용될 때 더 높고 더 빠릅니다. 이는 금속이 방전을 상당히 더 낮은 저항 경로로 제공하기 때문입니다. 그러나 소산되는 전하량은 방전 방법과 무관합니다.
잠재적 ESD 손상
잠재적인 ESD 손상은 장치가 작동하는 동안 손상이 발생합니다. 이러한 유형의 ESD 손상으로 인해 나중에 장치 수명에 장애가 발생할 수 있습니다. 장비를 켜거나 정기적인 작동으로 인해 발생하는 후속 전류 서지의 결과로 결국 고장날 수 있습니다. 경우에 따라 진동이 원인일 수도 있습니다.
이러한 잠재적 결함은 수명이 다한 후에 장비 고장으로 이어져 신뢰성이 떨어질 수 있기 때문에 특히 우려됩니다. 실제로 정전기 방지 보호가 불충분한 시설은 신뢰성이 낮은 장비를 제조할 가능서이 높습니다. 추정에 따르면, 최소 10개의 장치가 잠재적 손상을 가지고 있으며, 즉각적인 손상을 입은 모든 장비는 결국 고장을 일으킬 것입니다.
잠재 ESD 손상은 큰 전류 펄스가 금속-반도체 접점으 통과할 때 변합니다. 그 후의 가열은 실리콘과 알루미늄을 국부적으로 합금하기에 적절할 수 있습니다. 그 결과, 접촉 패드에서 수평 또는 수직으로 돌출될 수 있는 합금 스파이크가 생성될 수 있습니다. 결국, 근처의 교차로들과 합선으로 이어질 수 있습니다.
집적회로의 확산 웰 코너도 잠재적 ESD 손상에 특히 취약합니다. 이것은 이러한 위치에서 필드 확장의 결과로 일어나는 일입니다.
ESD 검사
장치가 파손된 이유는 정확히 파악하기는 어렵지만 일부 전문 실험실에는 이러한 연구를 수행할 수 있는 장치가 있습니다. IC의 덮개를 제거하여 내부의 실리콘 칩을 노출시킵니다. 손상된 부위를 확인하기 위해 현미경으로 검사합니다.
이러한 연구에는 상당한 비용이 듭니다. 연구는 일반적인 손상에 대해 수행되지 않습니다. 단, 정확한 손상 원인을 확인해야 할 때만 수행됩니다.
ESD는 전자 장비를 생상하는 모든 비즈니스에서 중요한 문제입니다. 정전기 방전으로 인한 손상은 즉각적인 구성 요소의 고장과 나중에 나타날 수 있는 잠재적인 결함으로 이어져 제품의 전반적인 신뢰성을 크게 떨어뜨릴 수 있습니다.
ESD 관련 손상으로부터 구성 요소를 보호하는 방법에 대해 자세히 알아보려면 아래를 확인해보세요.