奈米 IC 拚品質  ESD防護成顯學


圖說:柯明道( Dr. Ming-Dou Ker )被譽為國際級的靜電放電防護大師。

■文:Wa-People/賴麗秋 Jill Lai / 王麗娟 Janet Wang
■圖:Wa-People/李慧臻 Jane Lee

保護IC元件與電子產品,免受靜電放電現象損壞,攸關各大半導體與電子公司的競爭力。隨著半導體技術往16、14、甚至10奈米微縮化,這項保護技術越來越難,也更進一步成為晶圓廠、IC、PCB到電子產品,能否以品質致勝的關鍵。

積體電路與電子系統靜電放電防護技術產學聯盟 (簡稱「ESD產學聯盟」)主持人,交通大學電子工程學系柯明道教授指出,根據國際半導體技術藍圖聯盟(ITRS)公布的技術藍圖,隨著半導體技術微縮化,電晶體單位尺寸所需耐受的靜電電壓值,卻不斷拉高。這意味著,更細的電路、更小的IC,面對靜電放電現象時,卻要有著更大的耐受能力。這個乍聽之下不合理的要求,卻是現實產品的規格需求 。

柯明道( Dr. Ming-Dou Ker )被譽為國際級的靜電放電防護大師,許多國內廠商碰到靜電放電造成品質與可靠度問題時,也經常尋求他的協助。日前曾受邀到美國矽谷MAXIM等公司演講的他表示,如今IC及半導體公司對靜電放電 (Electrostatic Discharge, ESD) 防護這個課題,重視程度不斷升高。

「摩擦生電」,柯明道說,只要有移動、有摩擦,就會產生靜電。靜電放電的瞬間,就是靜電荷「跳樓」了。「不要逼他跳樓,要給他樓梯下」,柯明道的學生,都聽過他如此解釋靜電放電防護的基本原理,有帶靜電的物體(或是懷疑可能有帶電的物體)不能直接接地,要經由數百K歐姆的電阻接地,給靜電荷樓梯下。

一個穿著毛衣的人輕輕地轉身下車,可能就會產生幾千伏(KV)的靜電。美國一名婦人到加油站自助加油,因為身上的靜電引燃加油槍洩漏的油氣,瞬間燒毀汽車。如果IC元件及電子產品沒有做好保護,只消輕輕一碰,就可能像人被雷打到一樣嚴重。

電子元件或系統在製造、生產、組裝等過程中,從人體、儀器、儲放設備,甚至電子元件本身也會累積靜電。只要一不小心,帶有靜電的人或物,接觸到未受保護的電子元件或系統,形成放電路徑,就可能導致產品全毀。

如今,奈米級的IC工作電壓小於1V,無法忍受任何外來的靜電放電損害。從晶圓廠到IC公司,對於ESD防護,已紛紛設有專職部門來負責。柯明道所指導的交大碩博士畢業生,成了台積電(TSMC)、聯發科(MediaTek)、及專做靜電放電防護的晶焱科技(AMAZING)最搶手的人才。

柯明道說,傳統的瞬態電壓抑制器(TVS),採用的是氧化鋅的材料,當電壓過高時會崩潰短路來排放靜電,但由於傳統的TVS反應速度慢且啟動電壓高,已經無法保護目前最先進的IC元件。

據了解,晶焱科技針對不同應用,已分別把ESD防護技術,實踐在特殊功能單晶片、系統級封裝(SiP),以及主機板上。該公司開發的TVS 陣列,具極低的寄生電容,可採SiP方式與CMOS IC晶片封裝於同一封裝體內來進行保護。該項TVS 陣列技術除了做到ESD防護,也因為SiP的封裝方式,大大節省電路板的面積,對於高速傳輸介面HDMI、USB 3.1及Type-C連接器的市場需求,十分看好。

科技部支持的「ESD產學聯盟」,讓學界有機會把靜電放電防護的技術推廣到業界,提升台灣IC及電子產品的品質可靠度與競爭力。

柯明道說,如今,ESD防護隨著CMOS先進製程的進步與大面積系統單晶片的開發越發困難。

他希望透過ESD產學聯盟,為企業培訓專業工程師,並針對最熱門、棘手的ESD主題,邀請國際級的靜電防護專家與國內業者交流。他強調,幫助業界提升ESD防護的技術能量,有如為台灣半導體與電子業建立一套產品的免疫系統,是他與「ESD產學聯盟」成員的最大目標。



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