MOS管一個(gè)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(chǎng)或靜電的感應(yīng)而帶電,又因在靜電較強(qiáng)的場(chǎng)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(fā)生擊穿,形成針孔,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(kāi)路或者是源極開(kāi)路。
靜電的基本物理特征為:
1)有吸引或排斥的力量;
2)有電場(chǎng)存在,與大地有電位差;
3)會(huì)產(chǎn)生放電電流。
這三種情形即ESD一般會(huì)對(duì)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(chǎng)或電流破壞元件絕緣層和導(dǎo)體,使元件不能工作(完全破壞);
3)因瞬間的電場(chǎng)軟擊穿或電流產(chǎn)生過(guò)熱,使元件受傷,雖然仍能工作,但是壽命受損。
所以ESD對(duì)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(chǎn)及品質(zhì)測(cè)試中被察覺(jué)而排除,影響較少。
如果元件輕微受損,在正常測(cè)試中不易被發(fā)現(xiàn),在這種情形下,常會(huì)因經(jīng)過(guò)多次加工,甚至已在使用時(shí),才被發(fā)現(xiàn)破壞,不但檢查不易,而且損失亦難以預(yù)測(cè)。靜電對(duì)電子元件產(chǎn)生的危害不亞于嚴(yán)重火災(zāi)和爆炸事故的損失。
電子元件及產(chǎn)品在什么情況下會(huì)遭受靜電破壞?
可以這么說(shuō):電子產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用的全過(guò)程都遭受靜電破壞的威脅。從器件制造到插件裝焊、整機(jī)裝聯(lián)、包裝運(yùn)輸直至產(chǎn)品應(yīng)用,都在靜電的威脅之下。
在整個(gè)電子產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中,每一個(gè)階段中的每一個(gè)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(shí)際上最主要而又容易疏忽的一點(diǎn)卻是在元件的傳送與運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程。
在這個(gè)過(guò)程中,運(yùn)輸因移動(dòng)容易暴露在外界電場(chǎng)(如經(jīng)過(guò)高壓設(shè)備附近、工人移動(dòng)頻繁、車輛迅速移動(dòng)等)產(chǎn)生靜電而受到破壞,所以傳送與運(yùn)輸過(guò)程需要特別注意,以減少損失,避免無(wú)所謂的糾紛。防護(hù)的話加齊納穩(wěn)壓管保護(hù)。
現(xiàn)在的mos管沒(méi)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(hù)。
vmos柵極電容大,感應(yīng)不出高壓。與干燥的北方不同,南方潮濕不易產(chǎn)生靜電。還有就是現(xiàn)在大多數(shù)CMOS器件內(nèi)部已經(jīng)增加了IO口保護(hù)。但用手直接接觸CMOS器件管腳不是好習(xí)慣。至少使管腳可焊性變差。
MOS管被擊穿的原因及解決方案
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(chǎng)或靜電的感應(yīng)而帶電,而少量電荷就可在極間電容上形成相當(dāng)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(hù)措施,但仍需小心對(duì)待,在存儲(chǔ)和運(yùn)輸中最好用金屬容器或者導(dǎo)電材料包裝,不要放在易產(chǎn)生靜電高壓的化工材料或化纖織物中。
組裝、調(diào)試時(shí),工具、儀表、工作臺(tái)等均應(yīng)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(duì)器件引線矯直彎曲或人工焊接時(shí),使用的設(shè)備必須良好接地。
第二、MOS電路輸入端的保護(hù)二極管,其通時(shí)電流容限一般為1mA,在可能出現(xiàn)過(guò)大瞬態(tài)輸入電流(超過(guò)10mA)時(shí),應(yīng)串接輸入保護(hù)電阻。因此應(yīng)用時(shí)可選擇一個(gè)內(nèi)部有保護(hù)電阻的MOS管應(yīng)。
還有由于保護(hù)電路吸收的瞬間能量有限,太大的瞬間信號(hào)和過(guò)高的靜電電壓將使保護(hù)電路失去作用。
所以焊接時(shí)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(shí),可斷電后利用電烙鐵的余熱進(jìn)行焊接,并先焊其接地管腳。
MOS是電壓驅(qū)動(dòng)元件,對(duì)電壓很敏感,懸空的G很容易接受外部干擾使MOS導(dǎo)通,外部干擾信號(hào)對(duì)G-S結(jié)電容充電,這個(gè)微小的電荷可以儲(chǔ)存很長(zhǎng)時(shí)間。
在試驗(yàn)中G懸空很危險(xiǎn),很多就因?yàn)檫@樣爆管,G接個(gè)下拉電阻對(duì)地,旁路干擾信號(hào)就不會(huì)直通了,一般可以10~20K。
這個(gè)電阻稱為柵極電阻,作用1:為場(chǎng)效應(yīng)管提供偏置電壓;作用2:起到瀉放電阻的作用(保護(hù)柵極G~源極S)。
第一個(gè)作用好理解。這里解釋一下第二個(gè)作用的原理:保護(hù)柵極G~源極S:場(chǎng)效應(yīng)管的G-S極間的電阻值是很大的,這樣只要有少量的靜電就能使他的G-S極間的等效電容兩端產(chǎn)生很高的電壓。
如果不及時(shí)把這些少量的靜電瀉放掉,他兩端的高壓就有可能使場(chǎng)效應(yīng)管產(chǎn)生誤動(dòng)作,甚至有可能擊穿其G-S極;這時(shí)柵極與源極之間加的電阻就能把上述的靜電瀉放掉,從而起到了保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管的作用。
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