Generazione e pericoli di ESD
Le scariche elettrostatiche (ESD) si verificano quando due oggetti entrano in collisione o si separano. L'ESD è il movimento della carica statica da un oggetto all'altro tra due oggetti con potenziali diversi, simile a un piccolo fulmine. L'entità e la durata della scarica dipendono da vari fattori, tra cui il tipo di oggetto e l'ambiente circostante. Quando l'ESD ha un'energia sufficientemente elevata, può danneggiare i dispositivi a semiconduttore. L'ESD può verificarsi in qualsiasi momento, ad esempio quando si collegano o scollegano i cavi, quando una persona tocca la porta I/O di un dispositivo, quando un oggetto carico tocca un dispositivo a semiconduttore, quando il dispositivo a semiconduttore tocca la terra o quando vengono generati campi elettrostatici e interferenze elettromagnetiche, con conseguente tensione sufficientemente elevata da attivare l'ESD.
Le scariche elettrostatiche possono essere classificate in tre tipologie: scariche elettrostatiche causate da varie macchine, scariche elettrostatiche causate dallo spostamento di mobili o apparecchiature e scariche elettrostatiche causate dal contatto umano o dal movimento delle apparecchiature. Tutti e tre i tipi di ESD sono fondamentali per la produzione di dispositivi a semiconduttore e prodotti elettronici. I prodotti elettronici sono più suscettibili ai danni derivanti dal terzo tipo di ESD durante l'uso, con i prodotti elettronici portatili particolarmente vulnerabili alle scariche elettrostatiche causate dal contatto umano. L'ESD in genere danneggia i dispositivi di interfaccia collegati. In alternativa, i dispositivi soggetti a ESD potrebbero non guastarsi immediatamente ma subire un degrado delle prestazioni, portando a un guasto prematuro del prodotto. Quando un circuito integrato (IC) è sottoposto a ESD, la resistenza del circuito di scarica è solitamente molto bassa e non è in grado di limitare la corrente di scarica. Ad esempio, quando un cavo caricato staticamente- viene collegato a un'interfaccia del circuito, la resistenza del circuito di scarica è quasi zero, determinando un picco di corrente di scarica momentaneo fino a decine di ampere. Questa grande corrente istantanea che fluisce nei pin corrispondenti del circuito integrato può danneggiare gravemente il circuito integrato; il calore localizzato può addirittura sciogliere la matrice di silicio.
I danni ESD ai circuiti integrati generalmente includono anche la bruciatura delle connessioni metalliche interne, il danneggiamento dello strato di passivazione e la bruciatura delle celle dei transistor. Le scariche elettrostatiche possono anche causare il-blocco del circuito integrato. Questo effetto è simile a quello all'interno dei dispositivi CMOS, dove vengono attivate le unità strutturali del tiristore. L'alta tensione può attivare queste strutture, formando un ampio percorso di corrente, tipicamente da VCC a terra. La corrente di latch-dei dispositivi di interfaccia seriale può arrivare fino a 1 ampere. La corrente di latch-rimarrà fino a quando il dispositivo non verrà diseccitato. Tuttavia, a quel punto, il circuito integrato è solitamente già bruciato a causa del surriscaldamento. Dopo un impatto ESD possono sorgere due problemi che non sono facilmente rilevabili. Questi problemi solitamente non vengono rilevati dagli utenti generici e dalle organizzazioni di test IEC che utilizzano i tradizionali metodi di loop feedback e inserimento.