Mecanismos de descarga electrostática

Mecanismos

El fallo electrostático es un fenómeno en el que los componentes electrónicos como los circuitos integrados (IC) son destruidos por la electricidad estática. Los daños causados por la electricidad estática se producen por una descarga electroestática debido al alto voltaje que fluye temporalmente a través de los circuitos integrados.

Cuando ocurre ESD en la capa aislante de óxido de silicio, que es una película delgada, se produce una ruptura de los circuitos integrados (ICs) dejando el circuito inservible.

En los últimos años, los componentes electrónicos se han vuelto más livianos y pequeños, aumentando así, su sensibilidad a la electricidad estática.

En particular, los semiconductores de óxido de metal (MOS) pierden su función como semiconductores al aplicarles un voltaje de aproximadamente 80 a 100 V.

Para hacernos una idea, el cuerpo siente dolor con una descarga electrostática cuando el voltaje es de aproximadamente 3000 V. Esto da una idea de lo pequeño que es el voltaje capaz de dañar los semiconductores. De hecho, en algunos casos, como cuando la película de óxido está incompleta, los daños se pueden producir incluso a voltajes inferiores de los mencionados.

Hoy en día, a medida que los dispositivos semiconductores se vuelven circuitos más pequeños y complejos, los espacios y tamaño de los elementos también se reducen siendo menos resistentes a descargas electrostáticas. Por esta razón, los fabricantes requieren medidas más sofisticadas para controlar la generación de carga estática.

Semiconductores

Nombramos algunos de los daños más comunes debido a descargas electroestáticas en relación con los semiconductores:

1. Al despegar la rejilla de la oblea: debido a la carga de exfoliación que ocurre durante la transferencia y extracción de la oblea.
2. Al pelar la película protectora del sustrato: debido a la electrificación que ocurre cuando se pela una película protectora de un sustrato de vidrio de cristal líquido.
3. Pelado de la lámina durante el montaje del chip: debido a la electrificación por desprendimiento que ocurre cuando las virutas se recogen de la oblea.

Objetos con carga electrostática que causan la descarga

Los trabajadores, el equipo y los elementos semiconductores en sí mismos pueden considerarse como objetos cargados con posibilidad de producir una descarga electrostática.

Para implementar la solución correcta para prevenir ESD, hay 3 modelos de prueba existentes:

1. El modelo del cuerpo humano (HBM): cuando un trabajador cargado descuidadamente acerca un dedo a un elemento semiconductor, se produce una descarga electrostática entre un terminal del elemento y el dedo. Además, debido a que los humanos se mueven y realizan diversas tareas, adquieren carga extremadamente fácil.
2. El modelo de máquina (MM): el dispositivo se carga cuando entra en contacto con un conductor cargado. Al estar el dispositivo conectado a tierra se provoca una falla electrostática.
3. El modelo de dispositivo cargado (CDM): el circuito de un dispositivo semiconductor se carga y se descarga cuando un terminal del dispositivo se acerca a un conductor cercano, lo que provoca una falla electrostática en un circuito interno.

La cantidad de carga liberada por el cuerpo humano cargado es grande, y la energía de descarga es extremadamente grande en comparación con la descarga que puede resistir un material aislante.

3. Modelo de dispositivo cargado (CDM)

Incluso si el personal y la maquinaria están adecuadamente protegidos contra la electricidad estática, existe la posibilidad de que ocurra la destrucción inducida por ESD durante la producción y el ensamblaje de dispositivos semiconductores.

Esto se debe a daños por descarga electrostática cuando un dispositivo ya está cargado, y se llama «modelo de dispositivo cargado».

2. Modelo de máquina (MM)

Si el objeto cargado electrostáticamente es un dispositivo, se llama «modelo de máquina».

Si el equipo utilizado en el proceso de fabricación no está conectado a tierra, los conductores también se cargarán. En el momento en que el cuerpo cargado toca el terminal externo del dispositivo semiconductor, la corriente eléctrica fluye a través del dispositivo causando una falla.

¿Qué soluciones ofrece IKEUCHI?

En este modelo de descarga el dispositivo se carga por fricción en la superficie del dispositivo semiconductor. Como resultado, los conductores tales como circuitos y cables provocan la inducción electrostática por un campo eléctrico externo. En este estado, si el cable está conectado a tierra, el campo eléctrico interno cambiará abruptamente y la corriente de descarga fluirá, causando una falla en el dispositivo.