8. Электростатикалық разрядтардан микорсұлбаны қорғау

Электростатикалық разрядтарының пайда болуы мен микросұлбаларға әсері.

Кез- келген оқшауланған затта электр заряды болады. Микросұлбаларда электростатикалық разрядтардың көзі ретінде, қосылған сымдарды, сұлбаның дайындалу үрдісінде немесе платаларын құрастыруда микросұлбамен жанасқан басқарушы роботтарды немесе адамдарды айтамыз. Электростатикалық разрядтармен байланысты үрдістерді зерттеу, электр көздерінің модельдері негізінде жүргізіледі. Адам денесінің электрлі модельі 1,5 кОм шамасындағы кедергімен разрядталған, 100пФ сыйымдылықпен сипатталады. Модельден разрядтың тұрақты уақыты 150 нс -тан төмен бола алмайды. Разряд кернеулігі бірнеше киловольттарға жетеді. Ал энергиясы шектеуші резистор мен микросұлба элементтерінің арасында таралады.

Электормеханикалық модель 200пФ сыйымдылықпен және шектеуші 500нГ индуктивтілікпен сипатталады. Конденсатордың энергиясы толығымен микросұлба элементтерімен жұтылатындықтан, басқарушының разрядтары микросұлба үшін ең қауіптісі болып саналады. Рязрядтың кернеулігі электрлі қоректену жүйесінің жайылған оқшауландырғыштармен анықталады, және бірнеше жүз вольтті құрайды.

Электр сымының модельі көп секундты таралу құрылымына ие. Есептеулер мен сынақтар жүргізу үшін өзіндік бір метрге 66пФ шамасындағы сыйымдылық пен 80нГ индуктивтілікпен сипатталатын, 10 метр ұзындықтағы сымдар қолданылады. Разряд кернеулігі - 1000В дейін. Сым- бұл ең қауіпті разряд көзі, бірақ разрядтар тек ажыратылған баспа платаларына әсер етеді, және де платаларға қосымша элементтерді орналастыра отырып, микросұлбаның қауіпсіздігін қамтамасыз етуге болады.

Микросұлбалардың электростатикалық разрядтарға төзімділігін сипаттауда адам денесінің модельдін қолдануға болады. Осы модельге сәйкестендіре, микросұлба сыналып, спецификациясы жасалады. ИМС-да кереудің құлауы жоғары болған сайын, сәйкес жоғары энергия шығарылады. Разрядтардың әсерінен ИМС-ның бас тартуы диэлектриктерле электр тесігі пайда болғанда және жартылайөткізгішті құрылымдарда металлдану орын алған жағдайда болады. Барлық жағдайларда, ақаулар локалды сипатта болады және транзисторлар мен диодтардың шығыстарының арасында электрлі тұйықталу түрінде көрінеді. ИМС қорек тізбегінің разрядтарымен істен шығуы өте сирек кездеседі. ИМС-тің кірісі мен шығысынан өткен разрядар қауіпті болады.

Жартылайөткізгішті құрылғыларыдың электрлі тесіктері өте кіші көлемде болады. Істен шығудың туындау факторы болып жапқыш кернеулігі ( МДП-транзисторлары үшін) немесе өткізуші тоқың жылулық қуаты (биполярлы транзисторлар мен Шотки жапқышы бар өрістік транзисторларда) саналады.

ИМС-ты электростатикалық разрядтарға төзімділігін сынау, төзімділіктің сипаттамалары.

Сынауды жүргізу үшін кем дегенде бес микросұлбадан таңдау жасау керек. Электростатикалық разрядтар (ЭСР) қоректің шығысы мен жалпы шығысының арасында беріледі. 8.1 суретте стендтың қарапайым сұлбасы көрсетілген. (мұнда ±VECC - ЭСР).

8.1 сурет. Адам денесінің модельдімен сәйкестендірілген, ИМС-ның электростатикалық разрядқа төзімділігін сынаудың стендағы сұлбасы

Разрядтар (оң және теріс полярланған) 30 сериямен беріледі. Егер бірлік разряд істен щығармай тек ИМС-элементтерінің өзгерісін туғызса, онда 30 сериядан тұратын разрядтар микросұлбаның толықтай істен шығуына алып келеді. Разрядтың кернеулігі ОСТ II 073.013-83 сәйкес сатылы ұлғаяды. Разрядтың әсерінен кейін, ИМС-ның электрлі параметрлеріне бақылау жүргізіледі.

Істен шығудың алдындағы екінші сатының кернеуі, электростатикалық разрядтың рұқсат етілген потенциалы (ДПЭСР) болып табылады.

Электростатикалық разрядтардан қорғаушы элементтер

ИМС -ны ДПЭСР-нан қорғау үшін, сұлбаға қорек тізбегіне разрядталу тогын таратып, кіріс пен шығыс каскадтарға таралуын шектейтін, қосымша элементтерді кірістіру қажет. 8.2 суретте ең қарапайм және кең таралған қорғаушы элемент көрсетілген.

8.2 сурет. Электростатикалық разрядтан қорғайтын кіріс элементі.

Қорғаудың тиімді элементтерінен тұратын сұлбалар ДПЭСР 2000В көлемінде болады және мұндай сұлбалар еш кедергісіз басқарылады. ДПЭСР көлемі 200В -тен төмен емес ИМС-лар сенімді болады, себебі олар антистатикалық білезіктерді қолданғанның өзінде істен шығуды туғызады, және өте сирек жағдайларда ғана қолданылады.

Жедел әрекет етуші ИМС, мысалы, ЭСЛ-да нақты жедел әрекеті кіріс тізбектердің сыйымдылық пен индукция шамаларымен шектеледі. Қорғаушы элементтерді кірістіру кіріс пен шығыс сыйымдылықтарын ұлғайтады, яғни ИМС жедел әрекет етуін шектейді. Бұл элементтердің жобалануы ИМС кіріс және шығыс каскадтарының жедел әрекетін оңтайландырумен қатар жүреді.

Электростатикалық разрядтар режимінде модельдеу

8.2 суретте қорғаушы элемент мысалында разрядтың модельденуі көрсетілген.

Ол үшін үлкен ток пен кернеу тудырушы, қорғаушы диодтың модельі қажет. 8.3 суретте үлкен ток үшін диодтың вольт- амперлік сипаттамасы көрсетілген.