ESD:n syntyminen ja vaarat
Sähköstaattinen purkaus (ESD) tapahtuu, kun kaksi esinettä törmäävät toisiinsa tai eroavat toisistaan. ESD on staattisen varauksen liikettä kohteesta toiseen kahden eri potentiaalin omaavan kohteen välillä, samanlainen kuin pieni salamanisku. Purkauksen suuruus ja kesto riippuvat useista tekijöistä, kuten kohteen tyypistä ja ympäröivästä ympäristöstä. Kun ESD:llä on riittävän korkea energia, se voi vahingoittaa puolijohdelaitteita. ESD voi tapahtua milloin tahansa, kuten kaapeleita kytkettäessä tai irrotettaessa, kun henkilö koskettaa laitteen I/O-porttia, kun varautunut esine koskettaa puolijohdelaitetta, kun puolijohdelaite koskettaa maata tai kun syntyy sähköstaattisia kenttiä ja sähkömagneettisia häiriöitä, jotka johtavat riittävän korkeisiin jännitteisiin, jotka laukaisevat ESD:n.
ESD voidaan luokitella laajasti kolmeen tyyppiin: erilaisten koneiden aiheuttama ESD, liikkuvien huonekalujen tai laitteiden aiheuttama ESD ja ihmiskontaktin tai laitteiden liikkeen aiheuttama ESD. Kaikki kolme ESD-tyyppiä ovat kriittisiä puolijohdelaitteiden ja elektronisten tuotteiden tuotannossa. Elektroniset tuotteet ovat alttiimpia kolmannen tyypin ESD:n aiheuttamille vaurioille käytön aikana, ja kannettavat elektroniset tuotteet ovat erityisen herkkiä ihmiskontaktin aiheuttamalle ESD:lle. ESD tyypillisesti vahingoittaa kytkettyjä liitäntälaitteita. Vaihtoehtoisesti ESD:lle altistetut laitteet eivät välttämättä vikoja välittömästi, mutta niiden suorituskyky heikkenee, mikä johtaa ennenaikaiseen tuotteen vikaantumiseen. Kun integroitu piiri (IC) altistetaan ESD:lle, purkauspiirin resistanssi on yleensä hyvin pieni, eikä se pysty rajoittamaan purkausvirtaa. Esimerkiksi kun staattinen{6}}varattu kaapeli kytketään piiriliitäntään, purkauspiirin vastus on lähes nolla, mikä johtaa hetkelliseen jopa kymmenien ampeerien purkauspiikkiin. Tämä hetkellinen suuri virta, joka virtaa vastaaviin IC-nastoihin, voi vaurioittaa IC:tä vakavasti; paikallinen lämpö voi jopa sulattaa piimuotin.
ESD-vaurio IC:ille sisältää yleensä myös sisäisten metalliliitäntöjen palamisen, passivointikerroksen vaurioitumisen ja transistorikennojen palamisen. ESD voi myös aiheuttaa IC:n{1}}salpauksen. Tämä vaikutus on samanlainen kuin CMOS-laitteiden sisällä, joissa tyristorin rakenneyksiköt aktivoituvat. Korkea jännite voi aktivoida nämä rakenteet muodostaen suuren virtapolun, tyypillisesti VCC:stä maahan. Sarjaliitäntälaitteiden lukitusvirta{5}}voi olla jopa 1 ampeeri. Lukitusvirta-säilee, kunnes laitteesta katkaistaan virta. Siihen mennessä IC on kuitenkin yleensä jo palanut ylikuumenemisen vuoksi. ESD-iskun jälkeen voi ilmetä kaksi ongelmaa, joita ei ole helppo havaita. Yleiset käyttäjät ja IEC-testausorganisaatiot eivät yleensä havaitse näitä ongelmia käyttämällä perinteisiä silmukan palaute- ja lisäysmenetelmiä.