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ESD引起集成电路损坏原理模式及实例(2)

时间:2014-05-05 10:38来源:未知 作者:小紫 点击:
e.测试和传递中出现肖特基TTL电路(54S181、54S420)电性能异常,输入漏电增大。经解剖分析,在金相显微镜下观察芯片表面未发现任何电损伤痕迹,但在去除
 
 
  e.测试和传递中出现肖特基TTL电路(54S181、54S420)电性能异常,输入漏电增大。经解剖分析,在金相显微镜下观察芯片表面未发现任何电损伤痕迹,但在去除铝和SiO2后,在输入端的发射极接触孔内却发现了较轻的小坑,再用CP4溶液进行腐蚀后小坑变得更加明显。用“静电模拟器”进行模拟试验,出现的失效现象与它十分类似。可见这种失效是由ESD损伤引起,也可能是其它的轻度电损伤引起。
 
 
  f.某仪表系统输入端使用的2N5179超高频晶体管多次发生失效,失效模式为放大系数降低,特别是在小电流下(例如Ic=100μA)的放大系数下降到大约为1左右,同时eb结出现较大反向漏电。解剖后,在金相显微镜下观察芯片表面,在eb极之间的铝条上有一个很小的变色区,它是由瞬间的电过应力(电浪涌)引起的过合金区,这种失效一般由静电放电引起,对于输入端为超高频小功率管基极的电子系统,输入端应设计输入保护网络,如果系统特性不允许增加保护网络,则必须采取防静电放电操作措施。
 
 
  g.带有MOS电容器作为内补偿的运算放大器,在使用中常有失效,失效现象是输出电压在稍低于正电源电压下发生闭锁。经解剖分析证实,失效由MOS电容器出现大漏电引起,漏电电阻约为400Ω。因为作补偿的MOS电容器的一端直接与电路的外引线相连(V+端)。利用扫描电镜(SEM)观察,发现MOS电容边缘明显有很小的击穿点,此特征表明失效由ESD损伤引起。
 
 
  h.在一次系统装配完毕后的检查中,发现6只101A型双极运算放大器失效,失效模式是输入失调电压增大到40mV。用特性曲线图示仪测试管脚-管脚间特性,出现输入端特性异常。解剖后,利用金相显微镜观察芯片上的输入端,发现有飞弧状的电损伤痕迹,它是电瞬变引起的电过应力损伤,这种电瞬变可能是由ESD引起。经调查,在印制板的电装工艺线上,用静电电压表检测印制板上的静电电压,在开路区域上电压达800V以上,特别是在空气干燥的冬季或进行高温烘烤时,印制板上的静电电压更高。
 
 
  (2)国内实例a.某厂生产的CMOS电路经筛选入库后,在抽查中每次都发现有较大数量失效(约占5%),失效模式为输入漏电增大,经调查与分析,发现失效是由ESD损伤引起的。因为该厂生产的CMOS电路在测试前后都放置于普通塑料盆内,塑料上的静电荷传递给CMOS电路,在测试过程中,当器件接触人体或桌面上的接地金属时就会立即引起放电,导致ESD损伤而失效。
 
 
  后来采取了一系列防ESD措施,并将普通塑料盒改用导电塑料盒,这一失效现象就立即消失了。
 
 
  b.在电子设备的调试过程中,发现双极集成电路中的单稳电路和振荡电路常出现失效,失效现象是单稳电路已调整好了的单稳时间常发生漂移;振荡器已调好的振荡频率也常发生漂移。经解剖分析,发现失效是由ESD损伤或电瞬变损伤引起。解剖后,用金相和扫描电镜检查芯片表面,在外接R.C的一端,管子eb结有很轻度的电损伤痕迹(有的样品还无明显损伤痕迹)。测试该端eb结反向特性已变坏,有较大反向漏电。由于它们是双极型集成电路,所以在调试过程中并未采取防ESD损伤措施。但这两种电路有一个共同特点,就是外接R、C的端子是晶体管的基极,并且该管的发射极又是直接接地的,无任何限流电阻。在机器调试时,要反复更换电容或电阻,将单稳宽度和振荡频率调整到满足机器所需值。调机时机器是接地的,当更换R、C元件时,烙铁和人体都要接触该集成电路外接R、C的端子,如果人体带静电就会通过电路对地放电,并且放电回路只有一个发射极二极管,因此它们对ESD比较敏感。此外,如果烙铁的接地不良或不当。例如,烙铁接的是交流地与机器不是同一地,两个地线之间的电位差引起的放电也会损坏电路。所以,双极电路中的单稳和振荡器也应采取防ESD损伤措施,并且要特别注意烙铁的接地状况。
 
 
  c.航天产品上应用的一种进口的“隔离放大器”,在测试和机器调试中常有失效,由于这种放大器是双极型二次集成电路,说明书上只有功能方块图,无具体线路图,所以使用者未采取任何防静电的措施。失效模式为输出端对地呈现低电阻或短路,经解剖分析,发现每只电路内部都有3只MOS电容器,其中有一只就是直接跨接在解调器的输出与地之间。因此,该输出端很怕静电放电。由于使用者并不了解这一特殊情况,所以未采取防静电措施,结果ESD损伤失效常有发生,经济损失很大。后来采取防静电措施后,输出对地短路的失效现象就消d.某航天电子产品用肖特基TTL电路54LS10,在部件进行老练和测试后失效,失效模式为输入端漏电流增大。经分析表明,失效由ESD或电浪涌损伤引起。解剖分析后发现芯片表面无任何电损伤痕迹,也无任何工艺缺陷,经过各项试验证实,输入漏电不是氧化层内的钠离子沾污,也不是芯片表面的潮气和可动电荷沾污所引起。经现场调查,失效的输入端恰好是该部件的输入端子,在测试和老练过程中该端子常与人体或设备的机壳相碰,且操作现场并未采取防ESD措施,所以判断失效由ESD损伤引起。此外,输入端碰上有漏电的机壳也会引起类似失效。 (责任编辑:蚂蚁)
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