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一个关于FET的惊人事实!

2020-08-20 James Christensen 阅读:
一个关于FET的惊人事实!
出现故障的板子其实只有很少的几块,其电压和电流很低,故障不太可能是电路应力引起的。我推断最可能的罪魁祸首是……

几年前,我的工作是为各种应用和不同客户设计和制作印刷电路板。我基本上是与模拟电路和数字电路打交道,其中包括一些晶体管胶连逻辑,除了常用的集成电路和无源器件,我的许多电路板上还有一些晶体管。bFoednc

就像其它许多生意一样,我的工作也是为了赚钱谋生。我很快就意识到,当电路板产量较低时,电路板的成本很大程度上来自组装成本而不是零件。现在的开关模式双极型晶体管几乎在基极上都需要一个电阻,以减少驱动器件上的负载,但2N7000这样的场效应晶体管(FET)却可以在没有这种电阻的情况下工作。不使用电阻带来了很大好处,因此虽然2N7000的价格比双极型的贵一点,也不用计较了。我使用2N7000设计和制作了几块板子,交付后都没有任何问题,不知不觉在设计中就越用越多了。bFoednc

但是,现实并不是美好的天堂。我在两种产品设计中采用了2N7000:一种是我自己组装的红外触发板;另一种是电机控制器,通常要送到外面的工厂制造。一天,我接到了一个客户的电话,他刚在自己的产品中装上一块新的红外触发板,其中有一个输出电路出问题了!实际上它始终处于“开”的状态,无论怎么操作,都不会“关”。我深深地叹口气,告诉他将板子寄回来检修。bFoednc

我把板子放在工作台上,很容易就发现是一个2N7000短路了。我换下这个晶体管,把板子寄回给客户。在一段平静的日子之后,我接到了另一个电话——同样的问题,不同的板子。这些板子在发货前都经过了全面的测试,为什么还会出故障?我百思不得其解。事实上,出现故障的板子只有很少的几块,其电压和电流非常低,因此故障不太可能是由电路应力引起的。我推断最可能的罪魁祸首应该是ESD(静电放电),但2N7000只是因ESD而受损,并没有被彻底毁坏。在出厂测试中,它们工作正常,所以能够通过测试,却在发货后的某个时候出了故障。bFoednc

我买了防静电垫子铺在工作台上,还买了防静电腕带,心情愉快地接着干活,我确信自己已经解决了问题。这期间我收到了一份25个电机控制板的订单,将其发给当地的一家合同制造厂,并附上了书面说明,告诉他们要特别注意遵守ESD防护规程。在制造厂做好电机控制器后,我测试了电路板,一切都很完美。我认为这项任务完成得不错,然后将电路板发给了客户。bFoednc

然后,有一天,我接到一个电话,一块红外触发板又出事了。果然还是2N7000的问题!这块红外触发板在制作过程中完全符合我们自己的新ESD流规程,我知道我必须升级ESD设备了。只有防静电腕带显然是不够的,所以我又买了一套防静电服。防静电服可以把我的上半身完全罩住,袖子紧紧的有弹性,卡在每个手腕上,从而产生了法拉第笼效果。我将一条特殊的地线从组装台的垫子(和工作服)直接连到一条冷水管上,在组装容易发生ESD的器件时,就用我买的Simco Aerostat将离子化的空气从工作台上吹走。该ESD设备已经用了两年了,我再也没有遇到2N7000故障问题。bFoednc

我当时坚信合同制造厂可以控制好ESD,但是当接连三块电机控制器板子因2N7000出现故障而被退回时,我的快乐幻梦破灭了。那家制造厂已经运营了很多年,似乎拥有所有必要的ESD设备,包括ESD护套,接地工作台垫和ESD监测仪器。然而,它的ESD防护措施不太充分,我只能猜测有一个环节不到位。尽管我可以在自己的地方做好ESD防护,但不能控制其他工厂的ESD规程。由于这些电机控制器电路板太复杂了,必须由外面的供应商制造,因此我修改了设计,不使用2N7000了,而改用集成电路逻辑和双极型晶体管来代替。bFoednc

最后得出结论是:除非ESD防护措施充分,否则应避免使用未受保护的FET器件,例如2N7000。bFoednc

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文网站,参考链接:The shocking truth about FETs,由Jenny Liao编译。)bFoednc

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  • 真正原因没有找到
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