ایس ڈی ڈی نقصان کو سمجھنا: اقسام، وجوہات، اور اجزاء کی قابلیتِ اعتماد پر اثرات

ویران کن، غیر ظاہری، اور درجہ بندی کی ناکامی کے طریقے

الیکٹرانکس کے معاملے میں، بجلی کا سٹیٹک تبادلہ یا ESD اجزاء کی قابلیتِ اعتماد کو تین اہم طریقوں سے شدید طور پر متاثر کر سکتا ہے۔ پہلا وہ کیٹاسٹروفک خرابیاں ہیں جن میں کوئی شے ان بلند وولٹیج اسپائکس کے حملے کا نشانہ بن کر فوراً اور مکمل طور پر کام کرنا بند کر دیتی ہے۔ دوسرا وہ چھپی ہوئی خرابیاں ہیں جو بہت دیر بعد ظاہر ہوتی ہیں۔ اجزاء شروع میں تمام ٹیسٹوں میں کامیاب ہو سکتے ہیں، لیکن ان کے اندر آہستہ آہستہ خرابی شروع ہو جاتی ہے۔ یہ بعد میں ایک بڑی پریشانی کا باعث بنتا ہے جب آلات اہم مقامات جیسے ہسپتالوں، ہوائی جہازوں یا گاڑیوں میں غیر متوقع طور پر خراب ہو جاتے ہیں۔ تیسری قسم پیرامیٹرک خرابیاں ہیں جو اشیاء کے برقی کام کرنے کے طریقہ کار کو تبدیل کرتی ہیں بغیر انہیں دراصل توڑے۔ اس میں زیادہ رساؤ کرنٹ یا مختلف وولٹیج لیولز جیسی چیزوں کا تعلق ہے جو آہستہ آہستہ اجزاء کی کارکردگی کو ان کی مناسب سطح سے بدتر کر دیتی ہیں۔ ایوس/ایس ڈی ایسوسی ایشن کے حالیہ اعداد و شمار (2023ء) کے مطابق، تمام سیمی کنڈکٹر خرابیوں میں سے تقریباً ایک تہائی خرابیاں تیاری کے دوران ESD کے مسائل کی وجہ سے ہوتی ہیں۔ اور جب یہ جدید انٹیگریٹڈ سرکٹ کی تیاری میں پیش آتا ہے تو کمپنیوں کو ہر واقعے کے لیے لاکھوں ڈالر کا نقصان اٹھانا پڑ سکتا ہے۔

جسمانی تخریب: گیٹ آکسائیڈ کا ٹوٹنا، ڈائی الیکٹرک کا ٹوٹنا، اور جنکشن کا نقصان

ذرات کو مائیکرو اسکوپ کے تحت دیکھتے ہوئے، الیکٹرو سٹیٹک ڈسچارج تین بنیادی طریقوں سے ساختی مسائل پیدا کرتا ہے۔ جب MOSFETs کی بات آتی ہے تو اس کا نتیجہ 'گیٹ آکسائیڈ رپچر' کہلاتا ہے۔ درحقیقت، یہ ڈسچارج ان بہت پتلی عزلی لیئرز کو چھید دیتا ہے۔ جب ٹیکنالوجی 10 نینومیٹر سے چھوٹی ہوتی جاتی ہے تو یہ مسئلہ مزید سنگین ہو جاتا ہے، کیونکہ ان آکسائیڈ لیئرز کی موٹائی کبھی کبھار صرف 5 سے 10 ایٹم تک ہوتی ہے۔ اس کے بعد 'ڈائی الیکٹرک بریک ڈاؤن' آتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ کیپیسیٹرز یا دیگر عازل اجزاء کے اندر غیر مرغوب موصل راستے وجود میں آ جاتے ہیں، جو عام طور پر شارٹ سرکٹ کا باعث بنتے ہیں۔ ایک اور مسئلہ 'جوائنٹ ڈیمج' ہے جو حرارتی تناؤ کی وجہ سے پیدا ہوتا ہے۔ شدید حرارت سلیکان اور دھاتی اجزاء کے درمیان رابطے کو پگھلا دیتی ہے، جس سے ٹرانزسٹرز کا کام کرنے کا طریقہ ہمیشہ کے لیے تبدیل ہو جاتا ہے۔ ان میں سے زیادہ تر ناکامیاں عام انسانی رابطے سے شروع ہوتی ہیں۔ صرف قالین پر چلنے سے تقریباً 1.5 کلو وولٹ کا برقی بوجھ جمع ہو سکتا ہے۔ دیگر ذمہ دار عوامل میں خراب اوزار یا گندگی شامل ہیں جو سطحوں کو بہت آسانی سے بجلی کی موصلیت فراہم کر دیتی ہے۔ کسی شے کی حساسیت کا تعین اس بات پر بہت زیادہ منحصر ہوتا ہے کہ ہم کس قسم کے آلے کی بات کر رہے ہیں۔

• کم وولٹیج آئی سیز : 100 وولٹ سے کم پر ناکام ہو جاتی ہیں
• الگ الگ ڈائیوڈز : عام طور پر 2–5 کلو وولٹ تک برداشت کرتے ہیں
• جدید پروسیسرز : 250 وولٹ سے کم کے ڈسچارجز سے خراب ہو سکتے ہیں

ایس ڈی پروٹیکشن کی حکمت عملیاں: چپ کے اندر کے ڈیزائن سے لے کر سسٹم لیول پر نفاذ تک

موثر ایس ڈی پروٹیکشن کے لیے من coordinated، متعدد لیئرز پر مشتمل نقطہ نظر درکار ہوتا ہے—جو حساس سرکٹری تک پہنچنے سے پہلے عارضی خطرات کو روکنے کے لیے براہ راست سلیکون میں تحفظات کو ضم کرتا ہے اور انہیں بورڈ اور سسٹم کے سطح پر مضبوط بناتا ہے۔ یہ گہرائی میں دفاع کی حکمت عملی یقینی بناتی ہے کہ عارضی خطرات حساس سرکٹری تک پہنچنے سے پہلے روک لیے جائیں۔

انٹیگریٹڈ آن چپ ایس ڈی پروٹیکشن: ڈائیوڈز، ایس سی آر اور اسناپ بیک ڈیوائسز

آئی سیز میں براہ راست فیبریکیٹ کی گئی آن چپ پروٹیکشن سٹرکچرز پن لیول پر ایس ڈی واقعات کو روکنے کے لیے استعمال ہوتی ہیں۔ اہم حلز میں شامل ہیں:

• کلیمپ ڈائیوڈس ذاتی بہاؤ کو طاقت کے ریلز یا زمین کی طرف موڑ دیں جب ولٹیج محفوظ حد سے تجاوز کر جائے
• SCRs (سیلیکان کنٹرولڈ ریکٹیفائرز) اعلیٰ بہاؤ کے واقعات کے دوران کنٹرول شدہ لیچ اپ کے ذریعے کم مزاحمت والے بہاؤ کے راستوں کو فعال کریں
• سنیپ بیک ڈیوائسز این ماس/پی ماس کی تشکیلات کو استعمال کریں جو فعال ہونے کے بعد کم ولٹیج، اعلیٰ بہاؤ کی حالت میں منتقل ہو جاتی ہیں

یہ نینو سیکنڈ کے جواب دینے والے اجزاء ولٹیج کے اوور شُوٹ کو تباہ کن سطحوں کے 10% سے بھی کم رکھتے ہیں—گیٹ آکسائیڈز اور جنکشن کی یکسانی کو برقرار رکھنے کے لیے یہ انتہائی اہم ہے۔ ڈیزائنرز کو خاص طور پر اعلیٰ رفتار انٹرفیسز (جیسے PCIe 6.0، USB4) میں تحفظ کی طاقت اور غیر مطلوبہ کیپیسیٹنس کے درمیان متوازن تعلق قائم کرنا ہوتا ہے، جہاں اضافی کیپیسیٹنس 5 Gbps سے زیادہ رفتار پر سگنل کی صحت کو متاثر کر سکتی ہے۔

سسٹم سطحی ESD تحفاظت: TVS ڈایوڈز، فلٹریشن اور مضبوطی کے لیے PCB کا لیآؤٹ

بورڈ سطحی تحفاظت سیمی کنڈکٹر کی رواداری سے زیادہ توانائی والے ذاتی بہاؤ کو سنبھال کر چپ پر موجود دفاعی اقدامات کی تکمیل کرتی ہے۔ اس کے ضروری عناصر میں شامل ہیں:

• TVS (ذاتی ولٹیج سپریشن) ڈایوڈز i/O کنیکٹرز کے 2 ملی میٹر کے اندر رکھا گیا: 1 نینو سیکنڈ سے بھی کم وقت میں وولٹیج کو 5 وولٹ سے کم پر روکنا
• π-فلٹرز فیرائٹ بیڈز اور ڈی کپلنگ کیپسیٹرز کو ملانے والے: اعلیٰ فریکوئنسی ESD شور (>100 MHz) کو کمزور کرنا
• PCB لی آؤٹ کی بہترین طریقہ کار :
  • جاری، کم مزاحمت والا گراؤنڈ پلین (<15 ملی اوم)
  • TVS آلہ اور تحفظ کے تحت دیے گئے آئی سی کے درمیان ٹریس کی کم سے کم لمبائی
  • کپلنگ کو روکنے کے لیے اینالاگ، ڈیجیٹل اور RF حصوں کو حکمت عملی کے مطابق علیحدہ کرنا

جب ان اقدامات کو IEC 61000-4-2 کی رہنمائی کے مطابق نافذ کیا جائے تو، یہ نظام سطحی ESD مزاحمت کو 4–8 kV تک بڑھا سکتے ہیں۔ سب سے مضبوط ڈیزائنز TVS کلیمپنگ کو بہترین ریوٹنگ کے ساتھ ضم کرتے ہیں تاکہ قابل پیش گوئی، کم مزاحمت والے ڈسچارج راستے قائم کیے جا سکیں— توانائی کو حساس نوڈس سے دور موڑنا

کمپونینٹ کی سالمیت کے لیے ESD تحفظی پیکیجنگ اور ہینڈلنگ

ویفر کی تیاری سے لے کر آخری استعمال تک پورے عمل کے دوران اجزاء کو بحفاظت رکھنا، ان کی پیکیجنگ اور ہینڈلنگ پر سخت کنٹرول کا متقاضی ہوتا ہے۔ اس مقصد کے لیے کئی اہم مواد استعمال کیے جاتے ہیں۔ سٹیٹک ڈسپیٹیٹو بیگز سطحی بجلی کے بوجھ کو ختم کرنے میں مدد دیتے ہیں، کیونکہ ان کا مزاحمتی درجہ ۱۰^۴ سے ۱۰^۱۱ اوہم کے درمیان ہوتا ہے۔ کاربن لوڈڈ پالیمرز سے بنے ہوئے کنڈکٹو ٹرےز درحقیقت کسی بھی غیر مطلوب بجلائی بہاؤ کو دور کرتے ہیں۔ اور پھر وہ جدید میٹلائزڈ کنٹینرز ہیں جو بیرونی الیکٹرواسٹیٹک میدانوں کے خلاف تحفظ کے متعدد طبقات فراہم کرتے ہیں۔ جب اجزاء کو ایک جگہ سے دوسری جگہ منتقل کیا جاتا ہے تو خاص اجزاء ہولڈرز سب کچھ جگہ پر رکھتے ہیں تاکہ نقل و حمل کے دوران کوئی شے متاثر نہ ہو۔ لاگسٹکس آپریشنز کو بھی ایس ڈی ڈی محفوظ پیلیٹس سے فائدہ ہوتا ہے جو اس تنگی بھرے ٹرائبواکٹرک اثر کو روکتے ہیں جس میں چیزوں کو صرف ایک دوسرے کے ساتھ رگڑنے سے سٹیٹک بجلی جمع ہو جاتی ہے۔

حساس اجزاء کو سنبھالنے کے دوران لوگوں کو جن اہم باتوں کا خیال رکھنا چاہیے، ان میں عملے کے اراکین کو روزانہ ٹیسٹ کیے جانے والے کلائی کے پٹوں کے ذریعے زمین سے جوڑنا یقینی بنانا، کام کی سطحوں کے اردگرد آئنوائزرز لگانا تاکہ باقی رہ جانے والے سٹیٹک چارج کو ختم کیا جا سکے، اور معیاری انتباہی نشانات ہر جگہ لگانا شامل ہیں — عام طور پر وہ پیلے مثلث نشان جو پیکیجز پر لگے ہوتے ہیں اور جن کا مطلب سب کو معلوم ہوتا ہے۔ مجموعی طور پر، یہ انتظام سٹیٹک بجلی کی سطح کو 100 ولٹ سے کم رکھتا ہے۔ صنعتی تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ اس سطح کو برقرار رکھنا ایک ایسی پریشانی کو کم کرتا ہے جسے 'پیرامیٹرک ڈرِفٹ' کہا جاتا ہے، جو دراصل یہ اشارہ ہوتا ہے کہ شاید پوشیدہ ESD نقصان کا سلسلہ شروع ہو چکا ہے۔ مختلف تحقیقاتی رپورٹس کے مطابق، اس طریقہ کار سے ایسے معاملات میں 30 فیصد سے زیادہ کمی لاکر حاصل کی جا سکتی ہے، جو صنعتی تیاری کے شعبوں سے آتی ہیں۔