近日，一批的芯片廠商開始努力推動行業(yè)降低數(shù)字IC中的靜電放電(ESD)規(guī)范要求，一時間，籠罩在神秘“面紗”后的ESD成為眾人矚目的焦點。但是此舉卻遭到了一些人的反對，他們認(rèn)為，降低ESD等級是種不顧及后果的莽撞行為，有可能會為芯片質(zhì)量和可靠性帶來災(zāi)難性后果。
       在一個多月前于美國加州召開的國際ESD工作會議上，ESD目標(biāo)等級(ESD Target Levels)行業(yè)委員會發(fā)布了一份白皮書，提議把片上ESD應(yīng)力等級降低一半以上。該提議有望縮短芯片廠商的開發(fā)周期并降低成本，在一些新設(shè)計中，這些廠商為滿足目前的ESD等級要求絞盡腦汁。該委員會認(rèn)為，目前的ESD等級已經(jīng)過時而且要求過于苛刻，結(jié)果導(dǎo)致了不必要的調(diào)試時間、IC返工以及產(chǎn)品延期上市。此外，該委員會還聲稱，此提議不會對質(zhì)量和性能造成影響。
       該委員會希望到2008年時業(yè)界能就該提議達(dá)成共識，此外它還計劃將其白皮書提交給美國電子器件工程聯(lián)合委員會(Jedec)標(biāo)準(zhǔn)組織。預(yù)計Jedec可能不會把此提議認(rèn)定為一個正式標(biāo)準(zhǔn)，但或許會同意或“劃分”新的ESD目標(biāo)等級。
       提議引起各利益集團(tuán)的爭執(zhí)
       隨著芯片和系統(tǒng)都變得越來越小、且越來越復(fù)雜，產(chǎn)品故障率會隨著ESD等級的降低而不斷提高。據(jù)美國靜電放電協(xié)會(ESDA)披露，由EDS問題而損壞的元器件，范圍從幾美分的簡單二極管到數(shù)百美元的復(fù)雜混合電路。
       除了提出新的目標(biāo)等級，該行業(yè)委員會還打算就提議的ESD等級爭取到相應(yīng)客戶的首肯。該委員會去年成立，目前包括的16家主要的公司有：ADI、AMD、飛思卡爾、富士通、IBM、英飛凌、英特爾、LSI、Matsushita、NXP、Oki、瑞薩、三星、Sarnoff、TI和臺積電。
       但是考慮到OEM承擔(dān)著提升終端產(chǎn)品ESD保護(hù)水平的壓力，系統(tǒng)制造商們對降低ESD標(biāo)準(zhǔn)的做法并不滿意。“降低ESD等級是在拿產(chǎn)品質(zhì)量開玩笑。”一位供應(yīng)商表示，“他們這樣做舍棄了可靠性。換句話說，半導(dǎo)體行業(yè)是在推卸責(zé)任，把ESD難題轉(zhuǎn)嫁到其他人身上。”
       甚至連ESD委員會的一位成員也認(rèn)為降低ESD等級會為電子行業(yè)帶來潛在問題。“我不認(rèn)為這是個好主意。”Sarnoff公司下屬子公司Sarnoff Europe的執(zhí)行總監(jiān)Koen Verhaege表示，“在沒有合理數(shù)據(jù)、明確以及客觀的證據(jù)，證明降低等級不會影響質(zhì)量和良率的情況下，莽撞的更改規(guī)范是不顧及后果的作法，可能會對部門、公司及業(yè)務(wù)帶來致命損害。”
       Sarnoff公司是提供ESD保護(hù)IP的供應(yīng)商，一些人認(rèn)為，該公司的反對意見或許與其IP業(yè)務(wù)掛鉤，因為ESD目標(biāo)等級的降低勢必會威脅到其IP業(yè)務(wù)。“他們不生產(chǎn)IC，所以動機(jī)可能與我們不同。”TI公司硅技術(shù)部門科學(xué)家、業(yè)界知名ESD專家Charvaka Duvvury表示。
       Duvvury聲稱，目前的ESD目標(biāo)等級對IC設(shè)計來說過于嚴(yán)格。他堅稱，委員會提交的降低片上ESD目標(biāo)等級的提議不會對質(zhì)量、可靠性或性能產(chǎn)生影響。ESD委員會組織的大量現(xiàn)場測試也表明，降低ESD等級的數(shù)字芯片很少會出現(xiàn)問題或需要現(xiàn)場返修，他表示。
       現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是如何說服客戶。“自然，我們會遇到阻力。”Duvvury指出，“客戶會認(rèn)為，我們是為了自己的利益才這樣做的。”
       “但除非降低ESD目標(biāo)等級是安全的，否則芯片廠商也不會獲得什么好處。”市場研究機(jī)構(gòu)Forward Concepts的總裁Will Strauss表示，“我站在芯片廠商這邊。”
       Sanmina-SCI公司PCB和背板部門副總裁兼CTO George Dudnikov表示，現(xiàn)在就斷言提交的ESD目標(biāo)等級是否會對IC質(zhì)量產(chǎn)生整體影響為時過早。但他警告：“若良率受到影響，業(yè)內(nèi)很快就會公然對抗。”
       傳統(tǒng)實施ESD保護(hù)的三個層面
       全球的合同電子制造商之一Sanmina-SCI公司試圖把握這次機(jī)會。該公司與開發(fā)合作伙伴Shocking Technologies一起，共同設(shè)計一種板級的嵌入式ESD方案。該技術(shù)終是要將ESD保護(hù)從芯片轉(zhuǎn)移到電路板上，Dudnikov表示。
       多年來，OEM在三個層面實施ESD防護(hù)措施：系統(tǒng)級、板級以及芯片級。在系統(tǒng)級，OEM一般采用獨立的ESD器件，用來防護(hù)特定I/O、連接器或其它器件內(nèi)的突發(fā)靜電浪涌。ESD器件遵循IEC 6100-4-2規(guī)范的抗擾度要求，該規(guī)范規(guī)定要抵御15,000V的空氣放電和8,000V的接觸放電。
       “對系統(tǒng)公司來說，制造商的品質(zhì)至關(guān)重要。所以，ESD正在變得越來越重要。”Semtech公司營銷總監(jiān)Tom Dugan表示。Semtech是一家提供ESD保護(hù)器件及相關(guān)產(chǎn)品的公司。
       在器件級，所有芯片設(shè)計必須集成專用二極管或用于ESD防護(hù)的其它片上獨立電路。許多芯片廠商有自己的內(nèi)部ESD方案，而且飛思卡爾、Sarnoff及另幾家公司還出售或授權(quán)各自的專有技術(shù)。
       ESD目標(biāo)等級行業(yè)委員會，這個與ESDA協(xié)會無任何關(guān)系的特別小組，一直提議修改兩個主要的器件級ESD應(yīng)力測試標(biāo)準(zhǔn)：人體模型(HBM)和機(jī)器模型(MM)。
       20多年以來，芯片制造商開發(fā)的帶片上ESD保護(hù)電路的數(shù)字IC產(chǎn)品，都能支持2,000V的HBM和200V的MM。在新提議中，ESD委員會推動業(yè)界將HBM和MM水平分別降至1,000V和30V。
       HBM測試模擬的是從人體到器件的電荷轉(zhuǎn)移，MM測試模擬的則是從機(jī)器到器件的電荷轉(zhuǎn)移。現(xiàn)在，還沒有針對第三種主要ESD目標(biāo)等級——帶電器件模型(CDM)的改進(jìn)提議。CDM測試模擬的是從器件到器件的電荷轉(zhuǎn)移，目前仍為500 V。
       事實上，CDM、HBM或MM規(guī)范并沒被標(biāo)準(zhǔn)組織所承認(rèn)。多年以來，芯片制造商及其客戶基于某種特殊原因，一直都將上述ESD規(guī)范當(dāng)作事實標(biāo)準(zhǔn)。
       但在90nm節(jié)點及以下，現(xiàn)有器件級的ESD目標(biāo)等級太高，英飛凌科技ESD設(shè)計主管、ESD目標(biāo)等級行業(yè)委員會主席Harald Gossner表示。他警告道，必須降低ESD規(guī)范的等級，以便節(jié)省那些不必要的、延緩IC上市的調(diào)試時間。
       今天，行業(yè)所遵循的嚴(yán)格的器件級ESD目標(biāo)等級初是在20多年前制訂的，當(dāng)時的生產(chǎn)現(xiàn)場缺少合適的ESD保護(hù)，而如今這些已成為歷史，Gossner表示。隨著數(shù)字IC向亞微米水平發(fā)展，芯片廠商要竭盡所能來滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，他說。
       設(shè)計人員遇到的難題之一，就是在芯片設(shè)計中向越來越小的超細(xì)柵氧工藝轉(zhuǎn)變。一份來自TI的報告指出，這種趨勢正在引發(fā)行業(yè)對熱損傷，以及來自瞬態(tài)ESD脈沖的潛在損傷(即便在帶有鉗位二極管的情況下)的密切關(guān)注。
       對SoC產(chǎn)品、特別是帶有數(shù)字功能的支持RF的藍(lán)牙器件來說，問題就更復(fù)雜了。對RF和復(fù)合半導(dǎo)體而言，業(yè)界一直都采取較低的ESD保護(hù)等級。“復(fù)合半導(dǎo)體器件接受的ESD保護(hù)性能更要低得多，例如，許多GaAs芯片的HBM指標(biāo)是250V，因為沒人拿得出技術(shù)上或經(jīng)濟(jì)上可行的片上保護(hù)方案。”Sarnoff在一篇論文中指出。
       但Sarnoff堅稱，它有用于90nm及以下節(jié)點ESD保護(hù)的IP方案。截至目前，這家公司業(yè)已向愛普生、瑞薩、東芝和其它一些日本公司授權(quán)這個名為TakeCharge的ESD保護(hù)方案。在日本，ESD保護(hù)是產(chǎn)品中的“賣點”，Sarnoff的Verhaege表示。
       “技術(shù)文獻(xiàn)顯示，一旦設(shè)計進(jìn)入90nm及以下節(jié)點，常規(guī)的ESD保護(hù)方案在技術(shù)和/或經(jīng)濟(jì)上就不再可行，但解決方案還是有的。”他表示。
       飛思卡爾半導(dǎo)體則正在采取一種截然不同、甚至有些矛盾的作法。一方面，飛思卡爾向其它公司授權(quán)自己專屬的ESD保護(hù)技術(shù)；另一方面，它也支持行業(yè)委員會關(guān)于降低ESD標(biāo)準(zhǔn)的建議。
       飛思卡爾的ESD產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)理Jim Miller表示，該公司正在積極努力，以便使降低ESD標(biāo)準(zhǔn)的提議在業(yè)內(nèi)和其公司內(nèi)部都能達(dá)成共識。“我們的想法是使品保人員參與其中，”他說，“我們正努力讓公司內(nèi)部人員接受這一目標(biāo)。”
       在系統(tǒng)級，Semtech近日擴(kuò)展了自己獨立低容抗保護(hù)器件產(chǎn)品線——RailClamp。該系列產(chǎn)品為高速應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計師提供ESD防護(hù)能力，使其無需使用競爭性方案所采用的高鉗位電壓和高容抗。RClamp 1502B和RClamp 2402B兩款器件具有0.6pF的超低容抗，能保護(hù)高速數(shù)據(jù)線且不會引起信號衰減，Semtech的Dugan表示。
       專用聚合物實現(xiàn)ESD保護(hù)
       Sanmina-SCI采用了一種新穎的方法，它利用Shocking Technologies公司的專用聚合物來把ESD保護(hù)嵌入在PCB內(nèi)。這兩家公司正在開發(fā)一種能通過施加電壓來轉(zhuǎn)換導(dǎo)電狀態(tài)的絕緣材料，當(dāng)被施加一個預(yù)編程的雙向電壓時，這種材料可瞬間從絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)電狀態(tài)，Shocking Technologies總裁兼CEO Lex Kosowsky介紹。
       “該技術(shù)類似汽車上的安全氣囊。”他表示。
       其它進(jìn)展還有，ESD測試服務(wù)供應(yīng)商White Mountain Labs與SRF Technologies公司結(jié)盟。 SRF Technologies是一家為半導(dǎo)體公司提供I/O和ESD設(shè)計支持的公司。