静电放电(ESD)对PCBA加工的危害

2020-05-19 12:01:49 637

PCBA加工中,摩擦起电和人体带电常有发生,PCBA产品在生产、包装运输及装联成整机的加工、调试、检测的过程中,难免受到外界或自身的接触摩擦而形成很高的表面电位。如果操作者不采取静电防护措施,人体静电电位可高达1.5~3kV因此无论摩擦起电还是人体静电,均会对静电敏感电子器件造成损坏。根据静电的力学和放电效应,其静电损坏大体上分为两类,这就是由静电引起的尘埃的吸附,以及由静电放电引起的敏感元器件的击穿。

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1.静电吸附:

在半导体和半导体器件制造过程广泛采用SiO2及高分子物质的材料,由于它们的高绝缘性,在生产过程中易积聚很高的静电,并易吸附空气中的带电微粒,导致半导体介面击穿、失效。为了防止危害,半导体和半导体器件的制造必须在洁净室内进行。同时,洁净室的墙壁、天花板、地板和操作人员及一切工具、器具均应采取防静电措施。

2.静电击穿和软击穿:

超大规模集成电路集成度高,输入阻抗高,这类器件受静电的损害越来越明显。特别是金属氧化物半导体(MOS)器件,受静电击穿的概率更高。

现以MOS场效应晶体管(MOSFET)为例予以说明:MOS场效应管的铝栅覆盖在SiO2膜上,并盖住整个沟道,由于硅氧化膜绝缘性能好,使器件的输入阻抗高达1012Ω以上,当铝栅上出现静电荷时,SiO2薄膜的高阻抗使其无从泄漏,于是就积聚在铝栅上。此时铝栅和SiO2膜以及半导体沟道三者相当于一个平板电容器,且SiO2膜的厚度仅有103A,其耐压值仅为80~100V,而场效应管输入电容值只有3pF,即使是微量的电荷也会使电压升高,当电压超过100V时,会导致SiO2膜被击穿,致使栅沟相通,器件受损。电压击穿时,往往是SiO2膜的个别点上在某一过电压下出现网点击穿,以后只要在较低的电压下,即出现大片区域的雪崩式击穿,造成永久性失效。有时高压静电会直接将芯片内引线损坏,使IC永久性失效。


静电放电对静电敏感器件的损害主要表现为:

  • 硬击穿。一次性造成整个器件的失效和损坏。

  • 软击穿。造成器件的局部损伤,降低了器件的技术性能,而留下不易被人们发现的隐患,以致设备不能正常工作。软击穿带来的危害有时比硬击穿更危险,软击穿初期器件性能稍有下降,在使用过程中,随着时间的推移,发展为元器件的永久性失效,并导致设备受损。


静电导致器件失效的机理大致有下面两个原因:因静电电压而造成的损害,主要有介质击穿、表面击穿和气弧放电;因静电功率而造成的损害,主要有热二次击穿、体积击穿和金属喷镀熔融。

在生产中,人们又常把对静电反应敏感的电子器件称为静电敏感器件(Static Sensitive Device,SSD)。这类电子器件主要是指超大规模集成电路,特别是金属氧化膜半导体(MOS)器件


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