一個關於FET的驚人事實!

作者 : James Christensen,EDN

出現故障的板子其實只有很少的幾塊,其電壓和電流很低,故障不太可能是電路應力引起的。我推斷最可能的罪魁禍首是……

幾年前,我的工作是為各種應用和不同客戶設計和製作印刷電路板。我基本上是與類比電路和數位電路打交道,其中包括一些電晶體膠連邏輯,除了常用的積體電路和被動元件,我的許多電路板上還有一些電晶體。

就像其他許多生意一樣,我的工作也是為了賺錢謀生。我很快就意識到,當電路板產量較低時,電路板的成本很大程度上來自組裝成本而不是零件。現在的開關模式雙極型電晶體幾乎在基極上都需要一個電阻,以減少驅動元件上的負載,但2N7000這樣的場效應電晶體(FET)卻可以在沒有這種電阻的情況下工作。不使用電阻帶來了很大好處,因此雖然2N7000的價格比雙極型的貴一點,也不用計較了。我使用2N7000設計和製作了幾塊板子,交付後都沒有任何問題,不知不覺在設計中就越用越多了。

但是,現實並不是美好的天堂。我在兩種產品設計中採用了2N7000:一種是我自己組裝的紅外線觸發板;另一種是馬達控制器,通常要送到外面的工廠製造。一天,我接到了一個客戶的電話,他剛在自己的產品中裝上一塊新的紅外線觸發板,其中有一個輸出電路出問題了!實際上它始終處於「開」的狀態,無論怎麼操作,都不會「關」。我深深地歎口氣,告訴他將板子寄回來檢修。

我把板子放在工作台上,很容易就發現是一個2N7000短路了。我換下這個電晶體,把板子寄回給客戶。在一段平靜的日子之後,我接到了另一個電話——同樣的問題,不同的板子。這些板子在出貨前都經過了全面的測試,為什麼還會出故障?我百思不得其解。事實上,出現故障的板子只有很少的幾塊,其電壓和電流非常低,因此故障不太可能是由電路應力引起。我推斷最可能的罪魁禍首應該是靜電放電(ESD),但2N7000只是因ESD而受損,並沒有被徹底毀壞。在出廠測試中,它們工作正常,所以能夠通過測試,卻在出貨後的某個時候出了故障。

我買了防靜電墊子鋪在工作台上,還買了防靜電腕帶,心情愉快地接著工作,我確信自己已經解決了問題。這期間我收到了一份25個馬達控制板的訂單,將其發給當地的一家合約製造廠,並附上了書面說明,告訴他們要特別注意遵守ESD防護規程。在製造廠做好馬達控制器後,我測試了電路板,一切都很完美。我認為這項任務完成得不錯,然後將電路板出貨給客戶。

然後,有一天,我接到一個電話,一塊紅外線觸發板又出事了。果然還是2N7000的問題!這塊紅外線觸發板在製作過程中完全符合我們自己的新ESD流規程,我知道必須升級ESD設備了。只有防靜電腕帶顯然是不夠的,所以我又買了一套防靜電服。防靜電服可以把我的上半身完全罩住,袖子緊緊的有彈性,卡在每個手腕上,從而產生了法拉第籠效果。我將一條特殊的地線從組裝台的墊子(和工作服)直接連到一條冷水管上,在組裝容易發生ESD的元件時,就用我買的Simco Aerostat將離子化的空氣從工作台上吹走。該ESD設備已經用了兩年了,我再也沒有遇到2N7000故障問題。

我當時堅信合約製造廠可以控制好ESD,但是當接連三塊馬達控制器板子因2N7000出現故障而被退回時,我的快樂幻夢破滅了。那家製造廠已經營運了很多年,似乎擁有所有必要的ESD設備,包括ESD護套,接地工作台墊和ESD監測儀器。然而,它的ESD防護措施不太充分,我只能猜測有一個環節不到位。儘管我可以在自己的地方做好ESD防護,但不能控制其他工廠的ESD規程。由於這些馬達控制器電路板太複雜了,必須由外面的供應商製造,因此我修改了設計,不使用2N7000了,而改用積體電路邏輯和雙極型電晶體來代替。

最後得出結論是:除非ESD防護措施充分,否則應避免使用未受保護的FET元件,例如2N7000。

(參考原文:The shocking truth about FETs,by James Christensen,EDN China Jenny Liao編譯)

 

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