靜電放電(ESD)對PCBA加工的危害
PCBA加工中,摩擦起電和人體帶電常有發(fā)生,PCBA產品在生產、包裝運輸及裝聯成整機的加工、調試、檢測的過程中,難免受到外界或自身的接觸摩擦而形成很高的表面電位。如果操作者不采取靜電防護措施,人體靜電電位可高達1.5~3kV因此無論摩擦起電還是人體靜電,均會對靜電敏感電子器件造成損壞。根據靜電的力學和放電效應,其靜電損壞大體上分為兩類,這就是由靜電引起的塵埃的吸附,以及由靜電放電引起的敏感元器件的擊穿。
1.靜電吸附:
在半導體和半導體器件制造過程廣泛采用SiO2及高分子物質的材料,由于它們的高絕緣性,在生產過程中易積聚很高的靜電,并易吸附空氣中的帶電微粒,導致半導體介面擊穿、失效。為了防止危害,半導體和半導體器件的制造必須在潔凈室內進行。同時,潔凈室的墻壁、天花板、地板和操作人員及一切工具、器具均應采取防靜電措施。
2.靜電擊穿和軟擊穿:
超大規(guī)模集成電路集成度高,輸入阻抗高,這類器件受靜電的損害越來越明顯。特別是金屬氧化物半導體(MOS)器件,受靜電擊穿的概率更高。
現以MOS場效應晶體管(MOSFET)為例予以說明:MOS場效應管的鋁柵覆蓋在SiO2膜上,并蓋住整個溝道,由于硅氧化膜絕緣性能好,使器件的輸入阻抗高達1012Ω以上,當鋁柵上出現靜電荷時,SiO2薄膜的高阻抗使其無從泄漏,于是就積聚在鋁柵上。此時鋁柵和SiO2膜以及半導體溝道三者相當于一個平板電容器,且SiO2膜的厚度僅有103A,其耐壓值僅為80~100V,而場效應管輸入電容值只有3pF,即使是微量的電荷也會使電壓升高,當電壓超過100V時,會導致SiO2膜被擊穿,致使柵溝相通,器件受損。電壓擊穿時,往往是SiO2膜的個別點上在某一過電壓下出現網點擊穿,以后只要在較低的電壓下,即出現大片區(qū)域的雪崩式擊穿,造成永久性失效。有時高壓靜電會直接將芯片內引線損壞,使IC永久性失效。
靜電放電對靜電敏感器件的損害主要表現為:
硬擊穿。一次性造成整個器件的失效和損壞。
軟擊穿。造成器件的局部損傷,降低了器件的技術性能,而留下不易被人們發(fā)現的隱患,以致設備不能正常工作。軟擊穿帶來的危害有時比硬擊穿更危險,軟擊穿初期器件性能稍有下降,在使用過程中,隨著時間的推移,發(fā)展為元器件的永久性失效,并導致設備受損。
靜電導致器件失效的機理大致有下面兩個原因:因靜電電壓而造成的損害,主要有介質擊穿、表面擊穿和氣弧放電;因靜電功率而造成的損害,主要有熱二次擊穿、體積擊穿和金屬噴鍍熔融。
在生產中,人們又常把對靜電反應敏感的電子器件稱為靜電敏感器件(Static Sensitive Device,SSD)。這類電子器件主要是指超大規(guī)模集成電路,特別是金屬氧化膜半導體(MOS)器件