Защита полупроводниковых приборов от статического напряжения

Всё новое — это хорошо забытое старое.

При конструировании радиоэлектронной аппаратуры, как известно, нередки случаи выхода из строя некоторых полупроводниковых приборов, в частности, полевых транзисторов, еще на стадии монтажа, до первого включения. Это происходит главным образом из-за повреждения приборов зарядами статического электричества, которое накапливается на одежде, мебели и различных предметах рабочего места. Стекая через электроды полупроводникового прибора в процессе работы с ним, заряды могут привести к повреждению р-n «переходов, к пробою изоляции затвора полевого транзистора.

Приводимые рекомендации относятся в основном к полевым транзисторам и интегральным микросхемам на МОП-структурах.

Статья адресована радиолюбителям средней квалификации, однако она может оказаться полезной и для специалистов.

Рис 1. Браслет для снятия статических зарядов: 1 — корпус, эбонит, текстолит; 2 — винт; 3 — контактная пластина, медь, хромировать; 4 — соединительный провод; 5 — корпус резистора, эбонит; 6 — резистор 1 МОм; 7 — штепсельный разъем; 8 — наконечник под болт заземления.

Зарядами статического электричества наиболее часто повреждаются полевые транзисторы с изолированным затвором, из отечественных транзисторов, например, КП301, КП306, КП350, интегральные микросхемы с использованием МОП-структур, например, серии К147, К172 и другие. При этом повреждение может происходить на самых различных стадиях, начиная от транспортировки и хранения полупроводниковых приборов и до эксплуатации их в смонтированной аппаратуре. Поэтому, например, условия хранения и транспортировки приборов должны удовлетворять требованиям, изложенным в технической документации завода-изготовителя.

Специальные требования предъявляются к инструменту и оборудованию рабочего места. Так, корпусы паяльника, измерительной и испытательной аппаратуры и общий провод монтируемого устройства должны быть заземлены. В тех же случаях, когда заземление может послужить причиной выхода из строя полупроводниковых приборов или причиной снижения точности измерения параметров испытываемого устройства, заземляют только измерительную аппаратуру. Кабельные разъемы аппаратуры должны быть снабжены защитными крышками, которые следует снимать только непосредственно перед присоединением кабельных шлангов. Чтобы снять электростатические заряды с кожухов аппаратов и экранирующих оболочек кабелей, надо замкнуть их на землю.

Измерительную и испытательную аппаратуру следует снабжать защитными устройствами, отключающими полупроводниковый прибор от испытательного устройства на время установки этого прибора в контактное гнездо. При этом прибор должен подключаться к электрическим цепям измерительного устройства только после опускания экрана, защищающего прибор от наводок. Соединять электрические цепи аппаратуры и оборудования нужно с помощью зажимов, разъемов и других коммутационных элементов, снабженных механическими фиксаторами.

Приспособления, предназначенные для обрезки и формовки выводов, приклейки и пайки полупроводниковых приборов, должны быть установлены на металлическом листе, заземленном через резистор сопротивлением 1 МОм.

Все переключения полупроводниковых приборов, перепайка и другие схемные изменения нужно производить только при отключенных источниках входных сигналов и питания (исключая измерительные приборы с автономными источниками питания, которые обладают большим — не менее 10 кОм — внутренним сопротивлением, например авометры). Перед подключением измерительного прибора к сигнальным цепям одним из его выводов следует кратковременно коснуться заземленного провода.

Если к испытываемому устройству присоединены источники сигнала, то к этому устройству можно подсоединять включенные измерительные приборы с питанием от сети лишь в том случае, когда их входное сопротивление лежит в пределах 0,5— 1 МОм, а входная емкость не превышает 40 пФ. При этом сначала к испытываемому устройству надо подключить корпус такого измерительного прибора, а затем измерительные кабели. Отключать прибор следует в обратной последовательности.

На рабочих местах, предназначенных для работы с полупроводниковыми приборами и изделиями на них, не должно быть предметов из сильно электризующихся материалов, удельное поверхностное электрическое сопротивление которых превышает 10 в 7 степени Ом-м. Эта рекомендация относится и к покрытию рабочих столов, стульев, полов, с которыми могут соприкасаться монтажник и приборы. Для покрытия полов используют резиновый многослойный линолеум — релин типа В, линолеум на основе антистатической резины КР-338, электропроводящий листовой материал П2ЭС-5. Изделия из стекла и пластмассы покрывают эмалью НК-562, рекомедуется также применять препараты «Антистатик» для поверхностной обработки синтетических и шерстяных тканей.

На рабочих местах следует использовать деревянные стулья без обивки, а также деревянные и металлические стулья с обивкой из хлопчатобумажной ткани. Если материал рабочего стола имеет поверхностное сопротивление более 10 в 7 степени Ом-м, на столешницу следует настелить металлический лист размерами не менее чем 100X200 мм, заземленный через резистор сопротивлением 1 МОм.

Монтажникам перед работой необходимо надевать хлопчатобумажные халаты и обувь на кожаной подошве. Ни в коем случае не следует пользоваться халатами из лавсана, капрона или других синтетических тканей. В качестве дополнительных средств защиты от статических электрических зарядов могут служить заземленные браслеты, кольца, пинцеты, позволяющие уменьшить электростатический потенциал монтажника.

Антистатический браслет (см. рис. 1) состоит из эбонитового корпуса 1 и медной хромированной пластины 3, которую плотно прижимают к руке ремешком (на рисунке не показан). Корпус браслета может быть цельнометаллическим. Браслет заземляют гибким изолированным проводником 4 сечением 0,5—1 мм2 через резистор 6 МЛТ-0,25 сопротивлением 1 МОм (можно использовать два последовательно включенных резистора по 0,51 МОм). Резистор устанавливают на конце проводника в месте его соединения с заземляющей шиной.

Перед работой антистатический браслет сначала надевают на руку, а затем заземляют. Снимают браслет в обратной последовательности.

Свойство некоторых видов полупроводниковых приборов легко повреждаться при перегрузках необходимо учитывать также на стадии проектирования и разработки аппаратуры. Во входных каскадах следует предусматривать диодные, резисторные или другие устройства, ограничивающие напряжение или ток через прибор. Во многих случаях эффективной мерой защиты может служить экранирование цепей или узлов аппаратуры.