Edusemi-v4x

💥 ESD破壊の実例と物理解析（Failure Analysis）

📘 概要

ESD設計の妥当性は、製品評価段階や市場後の不良解析（FA）によって検証されることが多くあります。
ここでは、ESDによる代表的な破壊モードと、その物理的解析手法、設計改善へのフィードバック事例を紹介します。

🔎 主なESD破壊モードと観察例

破壊モード	発生メカニズム	物理観察例
ゲート酸化膜破壊	高電界で絶縁破壊	TEM断面にて酸化膜破れ確認
ソース・ドレインのメルト	高電流で局所加熱・融解	OBIRCHで加熱箇所特定、SEMで溶融痕
メタル配線断線	瞬間的過電流	FIB切断後、空洞や焦げ跡
パッド下層の短絡	ESD素子未導通による直撃	EMMIでショート点、FIB解析にて貫通

🧪 代表的な解析手法

手法	概要	適用例
OBIRCH	電流経路の加熱点を可視化	ESDショート箇所の特定
FIB	集束イオンビームによる断面加工	層間短絡や膜破壊の観察
SEM	表面・断面の形状確認	溶断・溶融箇所の可視化
EDX	元素分析	異物混入や腐食の確認
EMMI	微弱発光観察	放電・リーク位置の探索

📂 不良事例：設計フィードバックの流れ

ケース①：GNDとの接続パスが細く、DPP距離が長かった

症状：I/Oピンが短絡。初期立ち上げで故障率高い
解析：GNDパスが1μm未満、DPP 5μm以上
対応：GNDメタルを2層に拡張、接続密度見直し

ケース②：アナログ入力にESD素子未接続

症状：特定の温湿度条件で不良
解析：CDMによるゲート絶縁破壊。EMMIにて発光
対応：ダイオード追加、入力パスに制限抵抗追加

🔄 設計改善との連携

FA結果をPDK制約やESD設計ルールにフィードバック
設計者と品質技術者の定期レビューが重要
解析結果を教育教材・設計ガイドラインに反映

📚 教材的意義

実際の「ESDによる死に方」を知ることで設計の重要性を実感
解析結果から物理構造と電気現象をつなぐ訓練が可能
設計と品質の対話的プロセスとしてESD設計を学べる

🔗 本章まとめ

ESD対策は「設計・配置・評価・解析」が一体化した防御的設計であり、電気・物理・組織をつなぐ教育テーマです。

© 2025 Shinichi Samizo / MIT License