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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电子元器件选择与应用教材之一.精品文档.可靠性设计技术专题之1电子元器件的选择与使用技术中心：徐文斌2007-11-26目录第一章电子元器件的选择标准11、电子元器件的选择标准1第二章集成电路的使用问题61、电过应力损伤引起的烧毁62、静电放电（ESD）损伤93、机械过应力损伤154、过高温度引起的损伤185、核辐照损伤196、化学腐蚀217、噪声引起的故障23第三章晶体管和特种半导体器件的使用问题241、功率晶体管的EOS损伤242、硅可控整流器（SCR）的使用问题263、单结晶体管的使用问题284、不宜在高可靠设备中使用的半导体器件类型2
2、95、防ESD损伤的特殊问题30第四章电阻器、电容器、继电器的使用可靠性问题301、电阻器的使用问题302、电容器的使用问题323、继电器的使用问题35第一章电子元器件的选择标准1 电子元器件的选择标准电子元器件的选择是多学科的任务，它通常需要元器件工程师、失效分析人员、可靠性工程师以及工程师来共同完成，选择电子元器件的最基本原则是应制定“电子元器件优选目录”作为设计师选用、质量可靠性管理、采购的依据。设计师是应严格按电子元器件优选目录清单选用元器件，并对非优选电子元器件的使用采取严格的审批和控制措施。所谓“电子元器件优选目录”是根据不同类型电子设备的可靠性指标和使用环境的要求，确定该设备所需
3、电子元器件的质量等级，拟制该设备的电子元器件优选清单，再应用时根据产品各研制阶段的需要，对电子元器件优选目录实施动态管理。1.1 国产电子元器件的选择原则1） 电子元器件的技术条件、技术性能、质量等级等均应满足电子设备的要求。2） 优先选用经实践证明质量稳定、可靠性高、有发展前途的标准元器件，不允许选用淘汰品种和禁用的元器件。3） 最大限度地压缩元器件的品种、型号、规格和生产厂家，并进行认定，尽量作到定点供应。4） 未经设计定型的元器件不能在可靠性要求高的电子设备研制产品中正式使用。5） 优先选用有良好的技术服务、供货及时、价格合理的生产厂家的元器件，产品中关键的元器件要对元器件生产方进行质量
4、认定。6） 收集相似设备元器件现场使用的失效率数据，优先选用高可靠元器件，淘汰失效率高的元器件，尽量提高装机元器件的复用率。7） 尽量选用通用件和成熟的元器件。8） 在性能价格比相等时，应优先选用国产元器件。1.2进口元器件的选择原则目前国内使用的进口元器件往往是那些环境条件有特殊要求、可靠性指标要求比较高、关键件及国内元器件无法满足要求的产品。因此，在选用时应具备下列选择原则。1） 必须选用美军标MIL-HDBK-217E规定的有质量等级的元器件，见下表：元器件 质量标志微电子器件s, s-1, B, B-1, B-2, D, D-1半导体分立器件JANTXV, JANT2, JAN有可靠性
5、指标的电容器D, C, S, R, B, P, M, L有可靠性指标的电阻器S, R, P, M有可靠性指标的射频模线圈S, R, P, M有可靠性指标的继电器R, P, M, L附表中，微电子器件分单片IC与混合IC，关于单片IC（集成电路）、混合IC及半导体分立器件的质量等级及质量系数Q参阅MIL-HDBK-217E。MIL-S-19500适用于晶体管和二极管，在MIL-S-19500中规定了质量等级（JAN，JANTX，JANTXV）。2） 微型电路选用MIL-STD-1562所列的MIL-M-38510JAN微型电路。3） 半导体器件按MIL-S-19500选用（半导体器件通用规范）J
6、AN或JANTX器件。1.3 优选目录编制要求应在方案阶段由设计师系统会同元器件管理部门，根据元器件选择原则编制元器件优选目录。各分机可根据需要在元器件优选目录的基础上，进一步优选压缩，编制相应的优选目录。l 编制内容（1） 元器件优选目录至少应包括下列内容：a. 元器件名称、型号、规格；b. 元器件主要性能参数；c. 元器件封装形式；d. 元器件采用标准；e. 元器件质量等级；f. 元器件生产单位；g. 元器件新旧型号与国内外型号对照。（2） 质量等级的选择要根据GJB/Z299B和MIL-HDBK-217要求选取相应的元器件质量等级，应满足可靠性预计的要求。（3） 编制程序a. 成立优选目
7、录编制组，提高编制实施计划；b. 调研收集元器件使用要求、国内外生产质量情况及选用国外元器件情况；c. 提出征意见稿，广泛求意见；d. 汇总并分析意见，编制送审稿；e. 组织审查，编制报批稿；f. 呈报审批。（4） 优选目录的管理a. 经批准的优选目录在本单位可用厂（所）标准或指令性文件发布；b. 根据产品研制阶段，元器件生产单位的发展及质量变化和使用中信息反馈情况，优选目录编制主管应对优选目录实施跟踪动态管理；c. 严格按优选目录选用元器件，超目录选用应填表说明原因，上报审批，一般应经过优选目录编制主管部门审查，报总设计师批准。优选目录外元器件选用申请表元器件名称元器件型号规格技术条件生产单
8、位所属整机申 请理 由 简 述主 要性 能 参 数申请人：室领导意见：单位物资部门意见：质量部门意见：技术负责人或型号副总师意见：型号总师意见：l 关键元器件的选择要由质检及物资采购部门进行重点控制。l 选择有后继供应保障的元器件。选择产品研制、生产周期能保证装机要求的元器件。并保证有维护、维修用的货源。为满足电磁兼容性的要求，要了解所选择元器件的电磁敏感门限数据，器件的电磁效应数据。从元器件到电路这一级应选择与电路相适应的高抗干扰门限的器件，一般低速器件比高速器件抗干扰能力强；数字电路比线性、模拟电路的抗干扰能力强；高电平、低阻扰元件的电磁敏感度较低。对有抗辐射指标要求的电子设备，元器件的选
9、择除满足电路性能的设计要求和设备的可靠性要求外，还应满足耐辐射指标的要求。使用新品元件时，必须具有新品元器件的试验、鉴定、可靠性数据及报告，并经过优选目录编制组审定，报型号总（或副总）师批准。1.4元器件的具体选择要求根据功耗、速度、时延和负载选择半导体集成电路。尽量选用数字电路，少用模拟电路；尽量选用集成度高的电路，少用集成度低的电路；尽量选用密封的DIP器件，不选扁平电路；尽量选用功率小的器件。国内半导体集成电路的质量等级参阅GJB/Z299B。根据频率、功效、耐压和噪声等选择半导体分立器件，尽量选择硅半导体器件，不选或少选锗半导体器件。对使用环境苛刻、工作及贮存寿命有一定要求的高可靠设备
10、不能选用非气密性的塑料封装结构（仅在可控的环境下，如地面良好或地面固定环境使用）的电路或器件，而应选用金属、陶瓷密封封装的电路或器件。尽量选用高可靠器件，不用或少用继电器、开关、电真空器件、旋转器件等。尽量选用无源器件，将有源器件减至最少程度。尽量不用或少用电位器，必须用时建议选用合成实芯或线绕电位器，调机结束后必须封牢。根据耐压、介质损耗、频率、容量变化和温度系数等选择电容器。根据阻值范围、温度系数、噪声、高频高速响应、功率、电压、稳定性等选择电阻器。尽量少用铝电解电容器，机械及航天电子设备尤其应严格控制使用铝电解电容器，需用时必须严格筛选。尽量不用RT电阻器，可选用RJ、SIP（一类一）电
11、阻器。元器件选择的一般规则是尽量采用优选元器件，这种元器件是指在某些特定的电、机械和环境限制范围内具有持续性执行功能的能力的产品，这种能力是由设备试验大纲和设备成功地使用的历史所证明的。设备可靠性设计中已经过批准的“元器件优选清单”除定期进行更换修改外，不在随意改动，有特殊情况需改动的还需经过审批。1.5半导体分立器件的选择程序和要求根据应用部位的性质，在优选目录或系列型谱中选用合适的半导体分立器的门类；根据应用部位的电性能以及体积、重量、价格等方面的要求，在优选目录或系列型谱中选用合适的半导体分立器件的品种、型号及其生产厂家。根据应用部位的可靠性要求，确定所选半导体分立器件应执行的规范（技术
12、条件）和质量保证等级。根据应用部位的环境实用性要求，确定所选半导体分立器的封装形式、引线涂覆和辐射强度保证等级。选择半导体分立器件的抗瞬态过载能力，热阻和抗静电能力等有关性能指标。1.6电阻器的选择电阻值不仅要了解生产厂家给出的电阻器的标准电阻值，还应了解工作温度、跨接电压及使用环境，均能使阻值产生漂移。不同结构、不同工艺水平的电阻器、电阻值精度及漂移值不同。这些影响电阻值的因素再选用时应注意。额定功率：电路设计所需电阻值的最小额定功率是另一个重要因素。直流条件下功率P=IR，选用电阻的额定功率应大于这个值，但这还不够，好需考虑脉冲条件下和间歇负荷下的额定功率。电阻在各种环境下的特性。各种电阻
13、的失效机理和失效原因。特定条件下的要求及工作条件。质量等级和质量系数可查阅有关标准如GJB/Z299B及美军标MIL-HDBK-217。1.7电容器的选择由于电容器的类型和结构种类很多。因此，为了选择适合特定用途的电容器，在进行电路设计时不仅要了解各类电容器的一般特性和性能指标，而且还必须了解在给定用途下各类电容器的优缺点、结构类型、机械或环境的限制条件等。在选择时应考虑下列主要因素。l 电学考虑a. 电容量；b. 允许偏差；c. 额定电压；d. 交流载流容量；e. 绝缘电阻或漏电流；f. 损耗因素或等效串联电阻；g. 频率响应；h. 电容量随温度变化的情况；i. 电压系数。l 机械考率a,
14、.尺寸大小；b. 引出端形式；c. 安装方法。l 环境考虑a. 工作温度范围；b. 抗冲击、振动。l 可靠性考虑a. 失效率；b. 失效模式；c. 稳定性；d. 寿命。1.8继电器的选择选择合适的继电器主要取决于继电器与负载、电源和环境是否相适应。根据元器件选择的原则，应尽可能压缩继电器使用的类别。继电器的选择应考虑以下几个方面。l 线圈a. 电源电压、电流和频率；b. 阻抗的公差；c. 工作周期；d. 动作（吸合）和释放值。l 触点a. 负载特性：直流或交流阻性、感性、容性、电动机、频率；b. 额定负载电流；c. 最恶劣情况下的负载电平；d. 开路电压；e. 通-断周期和动作频率；f. 动作
15、和释放时间；g. 寿命。l 环境条件，包括温度对线圈电流的影响。l 物理尺寸a. 尺寸；b. 安装件；c. 引出端。l 确定切换要求（断开、闭合、转换、双触点排列结构等）。 为了选择合适的继电器，必须对上述各个方面进行适当考虑。第二章集成电路的使用问题电子元器件是构成电子设备和系统的基本单元，它们的种类繁多，以下针对集成电路、晶体管和电子元件三大类的有关使用问题进行介绍。1、电过应力损伤引起的烧毁电过应力（简称EOS）和静电放电（简称ESD）损伤是过应力损伤的主流，也是可靠性研究中的重要研究课题之一。国际上IEEE学会经常组织召开ESD/EOS国际学术年会，专门交流这一领域内的最新成果，并出版
16、ESD/EOS学术论文集。集成电路和晶体管大部分属于微功耗、微型结构器件，它本身承受“过应力”的能力很差，也就是说本身也很脆弱，很容易受到过应力，特别是ESD/EOS的损伤。电过应力的来源很多，最常见的有以下几方面。11 电浪涌损伤电浪涌即电瞬变，它是一种随机的短时间的电压或电流冲击。它是电子设备在装调维护过程中经常遇到的问题，系统越大就越复杂就越容易出现这种问题。电浪涌虽然平均功率很小，但瞬时功率很大，并且电浪涌的出现是随机的，不容易被操作者发现，所以对半导体器件带来的危害特别大，轻则引起电路出现逻辑错误，重则使器件的PN结受到损伤或引起功能失效。常见的电浪涌来源有：（1）交流220V电压突
17、跳我国的市电电压不够稳定，电压常出现瞬间升高的异常现象。这种现象常常是由于附近线路上连接有大型耗电设备或大电流接触器等。在这种大功率负载的接通或断开瞬间，交流电源的电压就会发生突跳。另一种特殊情况是，交流电系统的某处突然出现意外的短路现象，也会引起很大的电压突跳。并且这种交流电压瞬间跳动的电压浪涌，交流和直流稳压器都不能将其滤除，它会直接进入直流电源系统。这种电源内的电浪涌，轻则引起电子线路发生故障或误动作（尤其是对数字电路比较敏感），重则导致集成电路或半导体器件的烧毁。交流电源系统的电浪涌是随机的，因此应采取有效的防范措施。常用的措施是在直流电源的交流输入端串接“交流滤波器”，它的线路如图1
18、1所示：图1-1（2）核爆炸瞬间在空间产生的核电磁脉冲是一次很强的电浪涌当电子设备之间的连线或电缆屏蔽不良时，在导线或电缆线内会感应出很强的电浪涌。（3）某些电子检测仪器在某种特殊情况下会从检测端输出电浪涌例如某些示波器的同步端，数字电压表的V（）端或参数的测试仪的插座端子等都可能出现电浪涌。但这种电浪涌仅在很特殊的情况下出现，只有通过对失效器件的仔细分析，才可能找出电浪涌出现时的特殊条件。（4）电感负载的反电动势如果集成电路的负载是电感性的，例如：继电器线包、偏转线圈、电机和长电缆等。在电流关断瞬间，由于电感线圈内出现的反电动势就会突然加在负载晶体管上，这种电压浪涌的冲击，对晶体管BC结造成
19、的电损伤，会引起EC间漏电增大，并且这种损伤是累积性的，当损伤达到一定程度后就会导致二次击穿烧毁。反电动势的大小与线圈电感量、dI/dt、直流电压和电流大小有关。它引起电压的瞬间跳动值是电源电压的25倍，这种瞬变电压的大小应采用“记忆示波器”进行检测，测得的数值是电路设计，尤其是可靠性设计中的重要根据。防范措施有：a. 在电感线圈两端并联箝位二极管b. 在长电缆两端对地分别连接箝位二极管反电动势引起的电压浪涌，由于速度极快，瞬变时间很短，所以箝位二极管的开关速度必须很快，并且要求能够承受很大的瞬时电流，因此最好选择专用器件“电压瞬变抑制二极管”或能满足要求的开关二极管。（5）大电容负载和白炽灯
20、泡负载产生的电流浪涌电容器充电时产生的电流浪涌，电容值越大，充电电压越高，浪涌电流就会越大。当瞬变电流值超过集成电路与电容相连的晶体管的安全值时就会带来电损伤。白炽灯泡在开启瞬间，由于“冷电阻值”很小，因而有很大的突发电流，此电流为稳定后电流的815倍。对上述电流浪涌，应根据使用电路的实际情况采取分流或限流措施，确保集成电路的安全应用。12 操作失误造成的损伤（1）双列直插式封装的集成电路当测试时不慎反插，往往就会造成电源和地两端插反，其结果是集成电路电源与地之间存在的PN结隔离二极管就会处于正偏（正常情况是反偏），出现近100毫安的正向电流，这种电过应力损伤随着通电时间的增长而更加严重。这种
21、损伤如果不太严重，虽然电路功能正常，只表现出静态功耗增大，但这种受过损伤的电路，可靠性已严重下降，如果上机使用，就会给机器造成隐患。（2）T0-5型金属管壳封装的集成电路，电测试容易出现管脚插错或管脚间相碰短路。这种意外情况有时也会导致电路内部某些元器件的电损伤。（3）电路调试时，不慎出现“试笔头”桥接短路管脚，这种短接有时会造成电损伤。（4）在电子设备中设置的“检测点”，如果位置设置不当又无保护电路时，维修时就可能将不正常的电压引入该端而损伤器件。13 多余金属物引起短路管脚浸锡时在管脚根部残留的焊锡碴或者是印制板上留下的多余锡碴、导线头、细金属丝、金属屑等可动多余物，容易引起集成电路输出对
22、电源或对地短路，这种短路引起的过大电流会损伤集成电路。14 电烙铁或仪器设备漏电引起的电损伤集成电路或晶体管的引出端与漏电的电烙铁、仪器或设备机壳相碰，或者在仪器设备上更换元器件以及修补焊点等，都会带来损伤。最容易被损伤的集成电路有：带有MOS电容的集成电路、MOS电路、微波集成电路、STTL和LSTTL电路、单稳电路和振荡器、A/D和D/A电路、高精度运算放大器、LSI和VLSI电路。其中单稳电路和振荡器在调试时发生的这种电损伤很不容易发现，因为损伤的表现形式往往是表现为单稳电路的脉冲宽度发生漂移;振荡器的振荡频率发生漂移，调试人员往往把这种现象错误地认为是没有将电路调试好。当更改定时元件R
23、.C后，参数可以恢复正常，但这种“恢复正常”的电路，工作一段时间后又会出现上述的参数漂移现象。15 CMOS电路发生可控硅效应（闩锁效应）CMOS电路的静态功耗极小，但可控硅效应被触发后功耗会变得很大（50200毫安），并导致电路发生烧毁失效。CMOS电路的硅芯片内部，在VDD与VSS之间有大量寄生可控硅存在，并且所有输出端和输入端都是它的触发端，在正常条件下工作，由于输入和输出电压满足下式要求： VDDVoutVSSVDDVinVSS所以在正常工作条件下CMOS电路不会发生可控硅效应。但在某些特殊情况下，上述条件就会不满足，凡是出现以下情况之一，可控硅效应（闩锁）就可能发生，发生闩锁的CMO
24、S电路如果无限流保护就会被烧毁。（1）两台电子设备连接时，处于接口部位的CMOS电路容易发生闩锁。因为两台设备不是使用同一直流电源，由于电源电压的差别会引起接收端的CMOS电路发生闩锁。即使用同一直流电源，两台设备的电源由于开关时间的不同步也会引起接收端CMOS电路发生闩锁。（2）CMOS电路进行高温电老化时，信号源和老化板之间的连接与上述情况完全相同，也同样会发生闩锁。上述两种情况的改进措施如下：在两台设备的信号连线上串入一只限流电阻，电阻值的选择决于电源电压R VDD (K )（3）当CMOS电路的输出端有大电容负载时，容易引起闩锁。由于关断电源或者电源电压下跌都有可能使得大电容上的电压大
25、于VDD，即VoutVDD，并且大电容器的充放电电流较大，也可能触发闩锁。预防闩锁的措施是在大电容器上串进数K 限流保护电阻。（4）CMOS电路的输入端连接长线或长电缆时容易发生闩锁。因为电缆和长线的电感和分布电容容易引起LC振荡，振荡时会出现瞬间VinVSS的情况。改进措施是在输入端串接限流电阻，将电流限制在1mA以下。（5）CMOS电路使用高阻电源时容易发生闩锁。虽然CMOS电路的功耗很小，但仍然要求电源的动态电阻小，否则电路在开关瞬间，瞬态电流在电源内阻上产生的压降，会使电源中出现负毛刺，也就是说会发生VoutVDD或VinVSS的意外情况。改进措施是：在VDD与地之间并联两只电容器，1
26、只为1050F电解电容器，另1只是0.01F的高频率电容器。（6）CMOS电路的地线电阻较大时容易发生闩锁。此时相当于在CMOS电路的VSS端与地之间串入一个电阻。功耗电流流经该电阻时产生的压降将使CMOS电路VSS端的电压抬高，当输入端是低电平时，就可能出现VinVSS的意外情况。改进措施：在布线设计时，想法尽量减小地线电阻。（7）抗闩锁性能差的CMOS电路容易发生闩锁，不同厂家、不同工艺、不同品种的CMOS电路，抗闩锁性能有较大差异。在选择与采购电路时，首先应选择抗闩锁性能较好的CMOS电路。16 CMOS电路振荡引起功率过荷（1）当CMOS电路的任何一个输入端发生浮空时，CMOS电路都会
27、发生自激振荡。（2）CMOS电路输入缓慢变化的脉冲时容易引起振荡。输入缓慢变化的脉冲使输入端处于VDD/2的时间增长，导致输出端出现不稳定的时间增长，容易诱发CMOS电路发生振荡。振荡后电路功耗增大（高达200mA），发生电过应力损伤。（3）防止振荡的方法有：a. 在任何意外的情况下都不允许CMOS电路的任何一个输入端出现浮空状态;b. 输入脉冲的上升和下降时间应有要求，普通CMOS电路上升时间应小于10s，而计数器和移位寄器电路，5V时应小于5s，10V时应小于1s，15V时应小于200s;c. 利用施密特触发器进行整形。2、静电放电（ESD）损伤静电放电损伤是电过应力损伤的特殊形式，它的特
28、点是电压高、电荷量小，并且这种损伤是偶然发生的，损伤引起的破坏性带有积累性，当损伤较轻时器件并不会失效，但随着损伤次数的增加，器件就会突然发生失效。在电子工业中存在的静电放电现象十分普遍，由于生产过程中大量使用塑料和高分子材料，所以静电荷的产生与积累都很严重。而半导体器件和集成电路都向高速、高集成、微功耗方向发展，这样就使得它们对静电放电损伤变得更加敏感。但是许多器件用户对静电放电危害性的认识不足，客观上是因为ESD损伤很难察觉，例如，人体静电压在12KV范围内发生的ESD，人体并无感觉，但对静电敏感器件却会引起失效。因此，ESD损伤往往是在不知不觉中发生的，ESD损伤具有隐蔽性。21 引起E
29、SD损伤的三种途径（1）人体活动引起的磨擦起电是重要的静电来源，带静电的操作者与接触并通过器件放电。（2）器件与用绝缘材料制作的包装袋、传递盒和传送带等磨擦，使器件本身带静电，它与人休或地接触时发生的静电放电。（3）当器件处在很强的静电场中时，因静电感应在器件内部的芯片上将感应出很高的电位差，从而引起芯片内部薄氧化层的击穿。或者某一管脚与地相碰也会发生静电放电。根据上述三种ESD的损伤途径，建立了三种ESD损伤模型：人体带电模型、器件带电模型和场感应模型。其中人体模型是主要的。22 ESD损伤的失效模式（1）双械型数字电路a.输入端漏电流增加;b.参数退化;c.失去功能。其中对带有肖特其管的S
30、TTL和LSTTL电路更为敏感。（2）双极型线性电路a. 输入失调电压增大; b. 输入失调电流增大;c.MOS电容（补偿电容）漏电或短路; d.失去功能。（3）MOS集成电路a.输入端电流增大; b. 输出端漏电流增大;c.静态功耗电流增大; d.失去功能。（4）双极型单稳电路和振荡器电路a.单稳电路的单稳时间发生变化; b.振荡器的振荡频率发生变化;c.R.C连接端对地出现反向漏电。23 ESD对集成电路的损坏形式a. MOS电路输入端保护电路的二极管出现反向漏电流增大;b. 输入端MOS管发生栅穿;c. MOS输入保护电路中的保护电阻或接触孔发生烧毁;d. 引起ROM电路或PAL电路中的
31、熔断丝熔断;e. 集成电路内部的MOS电容器发生栅穿;f. 运算放大器输入端（对管）小电流放大系数减小;g. 集成电路内部的精密电阻的阻值发生漂移;h. 与外接端子相连的铝条被熔断;i. 引起多层布线间的介质击穿（例如：输入端铝条与n+、p+之间的介质击穿）。24 ESD损伤机理（1）电压型损伤a. 栅氧化层击穿（MOS电路输入端、MOS电容）;b. 气体电弧放电引起的损坏（芯片上键合根部、金属化条的最窄间c. 距处、声表面波器件的梳状电极条间）;d. 输入端多晶硅电阻与铝金属化条间的介质击穿;e. 输入/输出端n+扩区铝金属化条间的介质击穿。（2）电流型损伤a. PN结短路（MOS电路输入端
32、保护二极管、线性电路输入端保护网络）;b. 铝条和多晶硅条在大电流作用下的损伤（主要在多晶硅条拐弯处和多晶硅条与铝的接触孔）c. 多晶硅电阻和硅上薄膜电阻的阻值漂移（主要是高精度运放和A/D、D/A电路）。25 ESD损伤实例最容易受到静电放电损伤的集成电路有：CCD、EPROM、微波集成电路、高精度运算放大器、带有MOS电容的放大器、HC、HCT、LSI、VLSI、精密稳压电路、A/D和D/A电路、普通MOS和CMOS、STTL、LSTTL等。（1）国外实例a.Motorola公司生产的MOS大规模集成电路微处理器（CPU），在进行老练试验的11个星期中仔细进行了观察和记录。发现在试验开始阶
33、段因为没有采用导电盒放置样品，拒收数与被试验元件总数相对比例约为4 X 10-n（n值为保密数字）。但从第四个星期开始，样品采用镀镍盒进行放置后，则降低15 X 10-n此试验相继跟踪了7个多星期，平均的拒收比例为18 X 10-n。说明MOS大规模电路在使用过程中必须采取严格的防ESD措施。b.某公司进行了18700只MOS电路的老练，发现失效率很高，经分析和研究认为大部分失效是由ESD引起。于是该公司为此问题专门写了一份有改正措施的报告，并对全体有关人员进行了防静电放电损伤的技术培训，器件采用防ESD包装，加强了各项防ESD损伤的措施，后来又老练了18400只同种器件，拒收率降低到原来的1
34、/3。c.某一批“64位随机存贮器”，从封装到成品测试，其成品损失率为2，该存贮器为肖特基双极型大规模电路。经调查，操作过程中曾使用过塑料盒传递器件，由于静电放电损伤了输入端的肖特基二极管，使二极管反向特性变软或短路。d.一批“双极模拟开关”集成电路，在装上印制电路板，经保形涂覆后，少数样品出现输入特性恶化。解剖分析后，发现输入端（基极）的铝金属化跨过n+保护环扩散层处发生短路或漏电，去除铝后，可发现n+环上的氧化层有很小的击穿孔。由于n+扩区上的氧化层较薄，并且光刻腐蚀的速度较快，因而容易发生ESD击穿，版图设计时，如果必须采用n+扩散层作埋层穿接线，其位置应慎重选择，避免输入端铝金属化跨过
35、n+扩区，对于输入端铝条跨过n+扩区的双极电路，使用时应采取必要的防静电措施。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Si2 后，在输入端的发照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，失效模式为放大系统降低，特别是在小电流下（例如IC100A）的放大系数下降到
36、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400。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M
37、OS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
38、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
39、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
40、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损伤失效常有姓
41、，经济损伤很大。后来采取防静电措施后，输出对地短路的失效现象就消除了。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。e.某星上用进口的军用C
42、CD（电荷耦合器件），在使用过程中不知不觉就失效，这不仅造成了重大经济损失，而且严重地影响了工作进行。经调查与分析，判断失效由ESD损伤引起。因为该CCD是超大规模集成电路，又属于MOS型器件，它对ESD特别敏感。根据静电敏感度，完全属于静电放电最敏感的器件之一，只要100伏的静电压，就可能损坏（与MOS单管相差不多，甚至还要敏感）。经现场调查，工作间地板电阻率为10131014/cm，它已不属于防静电地板（防静电地板应为10161018/cm），工作人员采取了防ESD措施，仍然有静电荷积累。后来更换了地板，全面地采取了防静电措施，这一失效就得到了有效的控制。f.双极运算放大器LF253在入厂
43、检收和二次筛选中均发现失效，失效比例约5。经解剖分析发现，补偿端的铝条上有一小区域内有“变色”现象，这种变色点是由瞬变电过应力引起的局部高温造成，它可能是ESD损伤引起的，因为LF253是双极型电路，使用者并未采取必要的防ESD损伤措施，所以ESD操作的可能性很大。利用“静电模拟器”进行模拟试验，发现补偿端与正电源之间的损伤电压仅有1.6KV而其他端可达5.0KV，可见，运算放大器也要采取必要的防静电措施。g.彩电高频头内的MOS场效应管常有失效发生。经过解剖分析，发现芯片表面有很小的“丝状”击穿通路。这种失效是由ESD引起的，因为彩电荧光屏上有4050KV的静电电压，如果不慎将这样高的静电电
44、压通过天线引入高频头，就很容易引起MOS管失效。h.某厂生产的高频晶体管3DG142在入厂检验和二次筛选中常有失效发生，失效模式是eb结漏电或短路。经解剖分析，发现eb结有轻微的烧毁痕迹。由于这种管子是双极器件，使用者未采取防静电措施。但这种高频晶体管是浅结器件，易受静电放电损伤。例如，当测试人员刚走进工作室测试台前坐下来时，人体上的静电压可能是比较高的，此时去拿晶体管进行测试就很可能引起ESD损伤。由于eb结的面积很小，并且是浅结，所以损伤部位一般都是eb结（bc结不会损伤）。可见，对于高频，特别是超高频的小功率管，在使用过程中也应适当采取防静电措施。26 预防ESD损伤的措施凡是对ESD比
45、较敏感的器件，在整个使用过程中都应会全面采取严格的防静电损伤措施。其原则是：a. 尽量防止和减小静电荷的产生;b. 加速静电荷的泄漏，防止静电荷积累。控制静电荷的产生主要是控制工艺过程和控制工艺过程中所用材料的选择。控制静电荷积累的主要途径是：设计加速静电荷的泄漏和中和，使静电压不超过安全限制。例如接地、增湿、加入抗静电添加剂等均属于加速静电泄漏的方法;运用离子发生器等装置消除静电荷危害的方法均属于加速静电中和方法。（1）设置防静电工作区对静电敏感的半导体器件，应在防静电工作区内安装该区域内应铺设导电地板。配合使用的椅子与地板接触的腿和座位表面都应该是静电导电的。导电性地面指用电阻率在105欧
46、姆厘米以下的材料制成的地面。例如，混凝土、导电橡胶、导电合成树脂、导电木板、导电水磨石、导电瓷砖等地面，但表面不应上腊。工作人员在普通橡胶板上行走时，人体静电电压可高达7500V，但当此人走到导电橡胶板上行走三步之后，人体静电电压可立即降低到100V以下。这里还必须指出，粘合导电性地面使用的粘着剂也必须具有一定导电性，否则达不到防静电的目的。（2）工作台的台面应铺设用静电耗散材料（表面电阻率为105109/cm2）制作的保护工作面，并接地。（3）静电防护区内的操作者应使用防静电肘带或腕带（用导电塑料或导电橡皮制做的线或软性带）。为保证人身安全，肘带或腕带还应置于人体靠近仪器设备的一侧，肘带或腕带就通过110M电阻接地（这种接地称为静电接地或软接地）。如果流动工作人员使用防静电肘带或腕带有困难，可用手经常触摸金属接地线，以泄放其身上的静电荷，尤其是在接触电路板前，必须先泄放人身静电。（4）为了防止人体带电，静电防护区内的工作人员应穿导电性鞋（防静电鞋）导电性鞋的底（包括袜子）的电阻不应超过10M;为了防止人体触电，导电鞋鞋底的电阻也不宜低于10M，但不能穿橡胶底鞋或塑料底鞋。（5）静电防护区内的操作者应穿防静电工作服，戴防静电手套和3帽，例如纯棉工作服和纯棉手套，并且应定期用静电电压表监测人体静电电压。不允许穿化纤（尼龙、的确良等）工作服和戴