การสร้าง ESD และอันตราย
การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) เกิดขึ้นเมื่อวัตถุสองชิ้นชนกันหรือแยกออกจากกัน ESD คือการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าสถิตจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีศักยภาพต่างกัน คล้ายกับฟ้าผ่าขนาดเล็ก ขนาดและระยะเวลาของการปล่อยประจุขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ รวมถึงประเภทของวัตถุและสภาพแวดล้อมโดยรอบ เมื่อ ESD มีพลังงานสูงเพียงพอ ก็สามารถสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ได้ ESD สามารถเกิดขึ้นได้ตลอดเวลา เช่น เมื่อเสียบหรือถอดสายเคเบิล เมื่อบุคคลสัมผัสพอร์ต I/O ของอุปกรณ์ เมื่อวัตถุที่มีประจุสัมผัสกับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เมื่ออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สัมผัสพื้น หรือเมื่อสนามไฟฟ้าสถิตและการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าถูกสร้างขึ้น ส่งผลให้มีแรงดันไฟฟ้าสูงเพียงพอที่ทำให้เกิด ESD
ESD สามารถแบ่งกว้างๆ ได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ ESD ที่เกิดจากเครื่องจักรต่างๆ ESD เกิดจากการเคลื่อนย้ายเฟอร์นิเจอร์หรืออุปกรณ์ และ ESD ที่เกิดจากการสัมผัสของมนุษย์หรือการเคลื่อนย้ายอุปกรณ์ ESD ทั้งสามประเภทมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มีความเสี่ยงต่อความเสียหายจาก ESD ประเภทที่สามมากที่สุดในระหว่างการใช้งาน โดยผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพามีความเสี่ยงต่อ ESD ที่เกิดจากการสัมผัสของมนุษย์เป็นพิเศษ โดยทั่วไปแล้ว ESD จะสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์อินเทอร์เฟซที่เชื่อมต่อ อีกทางหนึ่ง อุปกรณ์ที่อยู่ภายใต้ ESD อาจไม่ล้มเหลวในทันที แต่ประสบปัญหาประสิทธิภาพลดลง ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวของผลิตภัณฑ์ก่อนเวลาอันควร เมื่อวงจรรวม (IC) อยู่ภายใต้ ESD ความต้านทานของวงจรดิสชาร์จมักจะต่ำมาก ไม่สามารถจำกัดกระแสดิสชาร์จได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อเสียบสายเคเบิลที่มีประจุคงที่-เข้ากับอินเทอร์เฟซของวงจร ความต้านทานของวงจรดิสชาร์จจะเกือบเป็นศูนย์ ส่งผลให้กระแสดิสชาร์จชั่วขณะสูงถึงหลายสิบแอมแปร์ กระแสขนาดใหญ่ทันทีที่ไหลเข้าสู่พิน IC ที่เกี่ยวข้องสามารถสร้างความเสียหายอย่างรุนแรงต่อ IC; ความร้อนเฉพาะจุดสามารถละลายแม่พิมพ์ซิลิกอนได้
ความเสียหายจาก ESD ต่อไอซีโดยทั่วไปยังรวมถึงการเผาไหม้ของการเชื่อมต่อโลหะภายใน ความเสียหายต่อชั้นฟิล์ม และการเผาไหม้ของเซลล์ทรานซิสเตอร์ ESD ยังสามารถทำให้ IC แลตช์- ขึ้นได้ เอฟเฟกต์นี้คล้ายกับเอฟเฟกต์ภายในอุปกรณ์ CMOS ซึ่งหน่วยโครงสร้างของไทริสเตอร์ถูกเปิดใช้งาน ไฟฟ้าแรงสูงสามารถกระตุ้นโครงสร้างเหล่านี้ได้ โดยสร้างเส้นทางกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ โดยทั่วไปจาก VCC ลงสู่พื้น กระแสแลตช์-ของอุปกรณ์อินเทอร์เฟซแบบอนุกรมสามารถสูงถึง 1 แอมแปร์ กระแสสลัก-จะคงอยู่จนกว่าอุปกรณ์จะเลิก-จ่ายไฟ อย่างไรก็ตาม เมื่อถึงเวลานั้น IC ก็มักจะไหม้ไปแล้วเนื่องจากความร้อนสูงเกินไป ปัญหาสองประการอาจเกิดขึ้นหลังจากผลกระทบจาก ESD ที่ไม่สามารถตรวจพบได้ง่าย ปัญหาเหล่านี้มักจะตรวจไม่พบโดยผู้ใช้ทั่วไปและองค์กรทดสอบ IEC ที่ใช้วิธีการป้อนกลับและการแทรกลูปแบบดั้งเดิม