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PCBA板上元器件易受靜電擊穿分析

發布時間:2017-11-25作者:電路板生產廠家 來源:dejunkedart.com

一、靜電擊穿分析

MOS管一個ESD敏感器件,它本身的輸入電阻很高,而柵-源極間電容又非常小,所以極易受外界電磁場或靜電的感應而帶電(少量電荷就可能在極間電容上形成相當高的電壓(想想U=Q/C)將管子損壞),又因在靜電較強的場合難于泄放電荷,容易引起靜電擊穿。靜電擊穿有兩種方式:一是電壓型,即柵極的薄氧化層發生擊穿,使柵極和源極間短路,或者使柵極和漏極間短路;二是功率型,即金屬化薄膜鋁條被熔斷,造成柵極開路或者是源極開路。JFET管和MOS管一樣,有很高的輸入電阻,只是MOS管的輸入電阻更高。

反偏pn結比正偏pn結更容易發生熱致失效,在反偏條件下使結損壞所需要的能量只有正偏條件下的十分之一左右。這是因為反偏時,大部分功率消耗在結區中心,而正偏時,則多消耗在結區外的體電阻上。對于雙極器件,通常發射結的面積比其它結的面積都小,而且結面也比其它結更靠近表面,所以常常觀察到的是發射結的退化。此外,擊穿電壓高于100V或漏電流小于1nA的pn結(如JFET的柵結),比類似尺寸的常規pn結對靜電放電更加敏感。

所有的東西是相對的,不是絕對的,MOS管只是相對其它的器件要敏感些,ESD有一個很大的特點就是隨機性,并不是沒有碰到MOS管都能夠把它擊穿。另外,就算是產生ESD,也不一定會把管子擊穿。靜電的基本物理特征為:(1)有吸引或排斥的力量;(2)有電場存在,與大地有電位差;(3)會產生放電電流。這三種情形即ESD一般會對電子元件造成以下三種情形的影響:(1)元件吸附灰塵,改變線路間的阻抗,影響元件的功能和壽命;(2)因電場或電流破壞元件絕緣層和導體,使元件不能工作(完全破壞);(3)因瞬間的電場軟擊穿或電流產生過熱,使元件受傷,雖然仍能工作,但是壽命受損。所以ESD對MOS管的損壞可能是一,三兩種情況,并不一定每次都是第二種情況。上述這三種情況中,如果元件完全破壞,必能在生產及品質測試中被察覺而排除,影響較少。如果元件輕微受損,在正常測試中不易被發現,在這種情形下,常會因經過多次加工,甚至已在使用時,才被發現破壞,不但檢查不易,而且損失亦難以預測。靜電對電子元件產生的危害不亞于嚴重火災和爆炸事故的損失。

二、靜電的預防

PCBA板在什么情況下會遭受靜電破壞?可以這么說:電子產品從生產到使用的全過程都遭受靜電破壞的威脅。從器件制造到插件裝焊、整機裝聯、包裝運輸直至產品應用,都在靜電的威脅之下。在整個電子產品生產過程中,每一個階段中的每一個小步驟,靜電敏感元件都可能遭受靜電的影響或受到破壞,而實際上最主要而又容易疏忽的一點卻是在元件的傳送與運輸的過程。在這個過程中,運輸因移動容易暴露在外界電場(如經過高壓設備附近、工人移動頻繁、車輛迅速移動等)產生靜電而受到破壞,所以傳送與運輸過程需要特別注意,以減少損失,避免無所謂的糾紛。防護的話加齊納穩壓管保護。

現在的mos管沒有那么容易被擊穿,尤其是是大功率的vmos,主要是不少都有二極管保護。vmos柵極電容大,感應不出高壓。與干燥的北方不同,南方潮濕不易產生靜電。還有就是現在大多數CMOS器件內部已經增加了IO口保護。但用手直接接觸CMOS器件管腳不是好習慣。至少使管腳可焊性變差。

第一、MOS管本身的輸入電阻很高,而柵源極間電容又非常小,所以極易受外界電磁場或靜電的感應而帶電,而少量電荷就可在極間電容上形成相當高的電壓(U=Q/C),將管子損壞。雖然MOS輸入端有抗靜電的保護措施,但仍需小心對待,在存儲和運輸中最好用金屬容器或者導電材料包裝,不要放在易產生靜電高壓的化工材料或化纖織物中。組裝、調試時,工具、儀表、工作臺等均應良好接地。要防止操作人員的靜電干擾造成的損壞,如不宜穿尼龍、化纖衣服,手或工具在接觸集成塊前最好先接一下地。對器件引線矯直彎曲或人工焊接時,使用的設備必須良好接地。

第二、MOS電路輸入端的保護二極管,其導通時電流容限一般為1mA,在可能出現過大瞬態輸入電流(超過10mA)時,應串接輸入保護電阻。因此應用時可選擇一個內部有保護電阻的MOS管應。還有由于保護電路吸收的瞬間能量有限,太大的瞬間信號和過高的靜電電壓將使保護電路失去作用。所以焊接時電烙鐵必須可靠接地,以防漏電擊穿器件輸入端,一般使用時,可斷電后利用電烙鐵的余熱進行焊接,并先焊其接地管腳。


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