原创 静电为什么能击穿MOS管?

2021-1-12 13:54 435 5 6 分类: PCB

其实MOS管一个ESD敏感器件,它本身的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,又因在静电较强的场合难于泄放电荷,容易引起静电击穿。

静电击穿有两种方式

一是电压型,即栅极的薄氧化层发生击穿,形成针孔,使栅极和源极间短路,或者使栅极和漏极间短路;

二是功率型,即金属化薄膜铝条被熔断,造成栅极开路或者是源极开路。

现在的mos管没有那么容易被击穿,尤其是是大功率的vmos,主要是不少都有二极管保护。vmos栅极电容大,感应不出高压。若是碰上3DO型的mos管冬天不带防静电环试试,基本上摸一个挂一个。

与干燥的北方不同,南方潮湿不易产生静电。还有就是现在大多数CMOS器件内部已经增加了IO口保护。但用手直接接触CMOS器件管脚不是好习惯。至少使管脚可焊性变差。

静电放电形成的是短时大电流,放电脉冲的时间常数远小于器件散热的时间常数。因此,当静电放电电流通过面积很小的pn结或肖特基结时,将产生很大的瞬间功率密度,形成局部过热,有可能使局部结温达到甚至超过材料的本征温度(如硅的熔点1415℃),使结区局部或多处熔化导致pn结短路,器件彻底失效。这种失效的发生与否,主要取决于器件内部区域的功率密度,功率密度越小,说明器件越不易受到损伤。

反偏pn结比正偏pn结更容易发生热致失效,在反偏条件下使结损坏所需要的能量只有正偏条件下的十分之一左右。这是因为反偏时,大部分功率消耗在结区中心,而正偏时,则多消耗在结区外的体电阻上。对于双极器件,通常发射结的面积比其它结的面积都小,而且结面也比其它结更靠近表面,所以常常观察到的是发射结的退化。此外,击穿电压高于100V或漏电流小于1nA的pn结(如JFET的栅结),比类似尺寸的常规pn结对静电放电更加敏感。

所有的东西是相对的,不是绝对的,MOS管只是相对其它的器件要敏感些,ESD有一个很大的特点就是随机性,并不是没有碰到MOS管都能够把它击穿。另外,就算是产生ESD,也不一定会把管子击穿。

静电的基本物理特征

(1)有吸引或排斥的力量;

(2)有电场存在,与大地有电位差;

(3)会产生放电电流。

这三种情形即ESD一般会对电子元件造成以下三种情形的影响:

(1)元件吸附灰尘,改变线路间的阻抗,影响元件的功能和寿命;

(2)因电场或电流破坏元件绝缘层和导体,使元件不能工作(完全破坏);

(3)因瞬间的电场软击穿或电流产生过热,使元件受伤,虽然仍能工作,但是寿命受损。所以ESD对MOS管的损坏可能是一,三两种情况,并不一定每次都是第二种情况。上述这三种情况中,如果元件完全破坏,必能在生产及品质测试中被察觉而排除,影响较少。如果元件轻微受损,在正常测试中不易被发现,在这种情形下,常会因经过多次加工,甚至已在使用时,才被发现破坏,不但检查不易,而且损失亦难以预测。静电对电子元件产生的危害不亚于严重火灾和爆炸事故的损失。

MOS管被击穿的原因及解决方案

第一、MOS管本身的输入电阻很高,而栅源极间电容又非常小,所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压 (U=Q/C),将管子损坏。虽然MOS输入端有抗静电的保护措施,但仍需小心对待,在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装,不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。组装、调试时,工具、仪表、工作台等均应良好接地。要防止操作人员的静电干扰造成的损坏,如不宜穿尼龙、化纤衣服,手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时,使用的设备必须良好接地。

第二、MOS电路输入端的保护二极管,其通时电流容限一般为1mA,在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时,应串接输入保护电阻。因此应用时可选择一个内部有保护电阻的MOS管应。还有 由于保护电路吸收的瞬间能量有限,太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。所以焊接时电烙铁必须可靠接地,以防漏电击穿器件输入端,一般使用时,可断电后利用电烙铁的余热进行焊接,并先焊其接地管脚。

MOS是电压驱动元件,对电压很敏感,悬空的G很容易接受外部干扰使MOS导通,外部干扰信号对G-S结电容充电,这个微小的电荷可以储存很长时间。在试验中G悬空很危险,很多就因为这样爆管,G接个下拉电阻对地,旁路干扰信号就不会直通了,一般可以10~20K。这个电阻称为栅极电阻,作用1:为场效应管提供偏置电压;作用2:起到泻放电阻的作用(保护栅极G~源极S)。第一个作用好理解,这里解释一下第二个作用的原理:保护栅极G~源极S:场效应管的G-S极间的电阻值是很大的,这样只要有少量的静电就能使他的G-S极间的等效电容两端产生很高的电压,如果不及时把这些少量的静电泻放掉,他两端的高压就有可能使场效应管产生误动作,甚至有可能击穿其G-S极;这时栅极与源极之间加的电阻就能把上述的静电泻放掉,从而起到了保护场效应管的作用。

- END -

关于造物工场

造物工场立足金百泽超过20年柔性电子制造服务优势,聚焦产品方案和电子工程的设计服务,提供从创意到制造、PCB/PCBA/BOM等一站式硬件服务。

文章评论3条评论)

登录后参与讨论

我的果果超可爱 2021-1-14 09:12

谁能解决工厂内ESD问题,谁就能成为新的半导体霸主

简单qqq 2021-1-13 09:35

学习

curton 2021-1-12 23:52

加油




欢迎点击


论坛> >机器人/工业电子> >工业电子与自动化


https://mbb.eet-china.com/forum/topic/85437_1_1.html
相关推荐阅读
造物工场 2021-02-20 15:27
包地与串扰
工程界常常使用保护地线进行隔离,来抑制信号间的相互干扰。的确,保护地线有时能够提高信号间的隔离度,但是保护地线并不是总是有效的,有时甚至反而会使干扰更加恶化。使用保护地线必须根据实际情况仔细分析,并认...
造物工场 2021-02-03 15:18
PCB工程师要了解的几个设计指南
在开始新设计时,因为将大部分时间都花在了电路设计和元件的选择上,在PCB布局布线阶段往往会因为经验不足,考虑不够周全。如果没有为PCB布局布线阶段的设计提供充足的时间和精力,可能会导致设计从数字领域转...
造物工场 2021-01-28 14:35
58个硬件面试题!
1、请列举您知道的电阻、电容、电感品牌(最好包括国内、国外品牌)。电阻:美国:AVX、VISHAY 威世日本:KOA 兴亚、Kyocera 京瓷、muRata 村田、Panasonic 松下、ROHM...
造物工场 2021-01-25 11:30
射频电路PCB设计失败,只应降低干扰太多?
如何在PCB的设计过程中,权衡利弊寻求一个合适的折中点,尽可能地减少这些干扰,甚至能够避免部分电路的干涉,是射频电路PCB设计成败的关键。本文从PCB的LAYOUT角度,提供了一些处理的技巧,对提高射...
造物工场 2021-01-18 10:15
了解这3类二极管钳位电路,少走弯路
所谓钳位,就是把输入电压变成峰值钳制在某一预定的电平上的输出电压,而不改变信号。钳 位 电 路(1)功能:将输入讯号的位准予以上移或下移,并不改变输入讯号的波形。(2)基本元件:二极管D、电容器C及电...
广告
我要评论
3
5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
广告
关闭 热点推荐上一条 /2 下一条