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靜電為什么能擊穿MOS管？看完這篇教你如何輕松應(yīng)對！

發(fā)布時(shí)間：2023-01-16

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其實(shí)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(yīng)而帶電，又因在靜電較強(qiáng)的場合難于泄放電荷，容易引起靜電擊穿。


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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，造成柵極開路或者是源極開路。


靜電的基本物理特征為：


1）有吸引或排斥的力量；

2）有電場存在，與大地有電位差；

3）會產(chǎn)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：


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(dǎo)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(chǎn)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(chǎn)及品質(zhì)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(fā)現(xiàn)，在這種情形下，常會因經(jīng)過多次加工，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。靜電對電子元件產(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)品在什么情況下會遭受靜電破壞？


可以這么說：電子產(chǎn)品從生產(chǎn)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(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。

在整個電子產(chǎn)品生產(chǎn)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(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^程。

在這個過程中，運(yùn)輸因移動容易暴露在外界電場(如經(jīng)過高壓設(shè)備附近、工人移動頻繁、車輛迅速移動等)產(chǎn)生靜電而受到破壞，所以傳送與運(yùn)輸過程需要特別注意，以減少損失，避免無所謂的糾紛。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，但仍需小心對待，在存儲和運(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)過大瞬態(tài)輸入電流(超過10mA)時(shí)，應(yīng)串接輸入保護(hù)電阻。而在初期設(shè)計(jì)時(shí)沒有加入保護(hù)電阻，所以這也是MOS管可能擊穿的原因，而通過選擇一個內(nèi)部有保護(hù)電阻的MOS管應(yīng)可防止此種失效的發(fā)生。

還有由于保護(hù)電路吸收的瞬間能量有限，太大的瞬間信號和過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)動元件，對電壓很敏感，懸空的G很容易接受外部干擾使MOS導(dǎo)通，外部干擾信號對G-S結(jié)電容充電，這個微小的電荷可以儲存很長時(shí)間。

在試驗(yàn)中G懸空很危險(xiǎn)，很多就因?yàn)檫@樣爆管，G接個下拉電阻對地，旁路干擾信號就不會直通了，一般可以10~20K。

這個電阻稱為柵極電阻，作用1：為場效應(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)。

第一個作用好理解。這里解釋一下第二個作用的原理：保護(hù)柵極G~源極S：場效應(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它的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，兩端的高壓就有可能使場效應(yīng)管產(chǎn)生誤動作，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)場效應(yīng)管的作用。