정전기 모델

https://www.keyence.co.kr/ss/products/static/static-electricity/download/
KEYENCE사에서 제공하는  정전기 핸드북의 내용을 정리하였다.

 

정전기가 너무 크다! 는 말은 애매하다.
다음그림은 인체가 느끼는 정전기가 얼마만큼의 전압을 가지는지 정리한 것이다.

데이터시트를 읽다보면, 반도체 칩들이 버틸수 있는  ESD 전압이 대략적으로 < 2kV 이하로 보인다.  컴퓨터 전원을 켜려고 전원버튼을 누를 때 따끔거릴 때가 있는데, 위 표를 기준으로 그 때의 전위는 3KV이다.  따라서 무의식적으로 반도체 부품을 손으로 만지는 행위는 좋지는 않은것으로 보인다. 

인체를 커패시터라고 볼 수 있다. 따라서 인체는 평소 전하를 가지게 되어 대전상태를 가지게 된다.

전하를 가지고 있는 인체가 PC의 반도체 부품을 만진다. 이로 인해 반도체 부품에 매우 높은 고전압이 아주 짧은 시간에 가해진다. 

 ※ 하지만 보통 PC의 부품들이 손으로 만진다고 해서 바로 파괴되지는 않는다. 다음영상은 ESD를 고의로 PC 내부 부품에 가하여 PC를 고장나게하는 시험영상이다. 생각보다 PC는 ESD에 취약하지 않다.   

https://www.youtube.com/watch?v=nXkgbmr3dRA

 

 

반도체 칩을 생산할 때 칩의 ESD 성능을 평가하는데 

다음과 같은 3가지 모델에 대해서 ESD를 평가한다.

전하를 많이 축적하고 있는 상태에서 칩을 만질때 칩에 급격한 전압이 걸리고 짧게 나마 큰 전류가 흘러 칩이 파괴 되는 것임을 알 수 있다.

 

더 자세하게 말하면... 칩 내부에는 전류가 흐르지 말아야할 부분인 절연체가 있다. 

이 절연체란 것이 아예 아예! 전류가 못 흐르는 것이 아니라, 엄청 고전압을 걸어주면 전류가 흐른다. 따라서 칩 내부의 절연체에 높은 정전압이 아주 짧게 나마 걸려, 전류가 흘러버리면  이 절연체가 파괴된다. 그래서 칩 내부에서 전류가 흐르면 안되는 부분에 전류가 흐르게 되어서 칩이 정상동작을 하지 못한다.  

 
그래서 esd를 예방하는 것의 핵심은 물체에 있는 전하를 빼주는 것이다.

1번째 모델의 경우 예방법은 사람에게 접지된 팔찌를 채워서 사람에게 쌓인 전하를 방출해주는 것이다.
2번째 모델의 경우 예방법은 오실로스코프를 예를 들면 오실로스코프의 프로브를 접지에 한번 찍어주어서 프로브에 쌓인 전하를 방출해준다. 또한 오실로스코프의 그라운드를 측정하려는 장비의 그라운드에 붙이고 난 다음 측정을 한다.
3번째의 경우 측정 전에 측정 대상의 +와  GND를 서로 연결시켜주어 측정대상이 가지고 있는 전하를 배출한다.


다음은 sa5004ed라는 칩의 데이터시트에서 발췌한 것이다. 위에서 언급한 것처럼 Human body model인 경우, Charge Device Model인 경우 어느정도의 ESD 전압이 다해 버틸 수 있는지 적혀 있다.