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静电放电与电迁移

2019-12-09 13:14:00 来源:EETOP 作者:易建芯

静电放电和电迁移听起来可能相似,但涉及两种不同的物理现象。

静电放电(ESD)

ESD是在两点之间(通常是暂时的)电位差较大时在任意两点之间流动的大电流。用半导体术语来说,可以说在某种程度上在MOS器件的栅极和源极之间施加了很大的电势(通常是地电势),这可能会破坏晶体管的二氧化硅。二氧化硅控制着重要的参数,例如晶体管的阈值电压(Vt),任何物理损坏都会影响设备的功能,进而影响整个SoC的功能。

  • 仅由于ESD,半导体行业就蒙受了数百万美元的损失,因此,在运送部件时,每个IC都必须格外小心地包装,并与外界隔离。
  • 此外,在研究中心、大学或公司的实验室工作时,要注意避免在任何实验室设备上多余电势的堆积。理想情况下,应该为所有可能积聚电荷的设备设置单独的接地,即使它可能只有金属针那么小。不要徒手触摸任何IC的插脚,因为我们的身体会积聚足够的电位,特别是像手指这样的四肢。此外,工程师们穿着特别设计的衣服,确保任何产生的电荷都被释放回地面!
  • 像FPGAs这样昂贵的芯片通常都有内置的二极管保护装置,这种二极管具有高浪涌能力,可以保护芯片免受ESD的伤害。

注意ESD是一个单一时间事件。它可能发生在运输的时候,也可能在你使用设备的时候。

电迁移(EM)

假设设备长时间运行。并且在设备中的某些区域中,电流密度非常高。这些电子具有取代器件原子的倾向这可能在某些区域产生空隙,在其他区域产生堆积。
电迁移(EM)是一种分子位移,是由于导电电子和离子在一段时间内的动量转移而引起的。当电流密度较高时会发生这种现象,这会导致金属离子向电子流方向漂移。EM通常发生在现场设备部署多年之后。

由于电迁移效应,金属线可能会爆裂并短路。EM会增加导线电阻,这会导致电压下降,从而导致设备降速。由于短路或开路,它还可能导致电路永久性故障。EM进入带温度的正反馈回路(焦耳加热)。

请注意,与ESD不同,EM是一种渐进现象。这是您在一段时间内看到设备性能下降或设备功能故障的主要原因。

EM可以通过以下方法缓解:

  • 降低或分配金属线中的电流密度。
    可以通过增加金属互连的宽度来降低电流密度。
  • 线材也会影响电迁移。
    例如:
    与铝线相比,铜线对电迁移的有害影响通常要强4-5倍。


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