半导体元器件过电应力生效图文浅析-KIA MOS管

半导体元器件在零件操纵真个生效首要为各类过应力致使的生效，器件的过应力首要包含任务环境的缓变或渐变引发的过应力，当半导体元器件的任务环境产生变更并产生超越器件最大可蒙受的应力时，元器件产生生效。

应力的品种单一，如表1，此中过电应力致使的生效绝对别的应力更加罕见。

表1 应力范例、实验体例和生效形式

过电应力生效分为芯片级和体系级；

在运输、拆卸和测试中，ESD能量经由进程端口金属引脚或经由进程氛围耦合进入集成电路芯片外部，毁伤端口处ESD掩护单位或外部逻辑电路，构成局部短路、开路或触发电路产生闩锁，致使集成电路逻辑功效生效；

在零件体系中，设想师固然停止了奇妙的布线，并且插手了大批的瞬态按捺二极管（TVS）用于进步体系级抗过电应力才能，但因为零件体系任务环境庞杂，仍会呈现必然几率的生效，以毁伤端口处TVS和端口内芯片最为罕见。

本文经由进程摹拟过电应力（静电、浪涌、直流）来阐发半导体器件在各类极度电应力环境下生效的景象和机理，及若何操纵好TVS下降过电应力风险。

一、摹拟静电生效景象

产物WE05MUC普遍操纵于高速数据端口静电和高压浪涌防护，具备IEC 61000-4-2 (ESD) ±25kV (contact)的静电防护才能，当承受超越其才能的IEC 61000-4-2 (ESD) ±30kV (contact)静电能量打击时，会呈现生效。

摹拟静电致使生效的芯片局部图如图1和图2。可见样品间生效景象略有差别，但多条导电通路都呈现了销毁陈迹，申明布局设想公道ESD能量散布较平均。

图1 摹拟静电致使生效的芯片局部图A

图2 摹拟静电致使生效的芯片局部图B

静电生效的首要特色：

1.静电毁伤分为毁伤生效和潜伏生效两品种型，毁伤生效是指元器件在ESD事务后呈现毁伤，完整或局部损失功效；而潜伏生效指静电能量处于临界，静电放电后，仅构成轻细毁伤，器件电参数略有变更，但依然及格；

2.差别元器件静电毁伤描摹差别较大，或能看到较着烧伤陈迹，或唯一轻细毁伤陈迹，须要高倍显微镜来察看，偶然须要去掉金属层才能察看到破坏点。

零件电路中静电破坏分为两种生效形式：

1.掩护器件TVS破坏，须要挑选折衷考量其余参数，挑选品级更强的掩护器件；    

2.后端电路破坏，首要与TVS静电钳位电压Vc较高有关，须要折衷考量其余参数，挑选静电钳位电压更低的TVS器件。

二、摹拟浪涌生效景象

DFN1610封装形状的产物WS1029HP，合用于任务电压10V高压快充Vbat端口，具备浪涌IEC 61000-4-5 (Lightning)  8/20μs  IPP 160A的通流才能，当其承受超越其才能的170A及以上浪涌打击后，会呈现生效。

摹拟浪涌致使生效的芯片局部图如图3和图4。

图3 摹拟浪涌致使生效的芯片局部图A

图4 摹拟浪涌致使生效的芯片局部图B

浪涌生效的首要特色：

1.生效点大几率产生在器件边缘的PN结地位或焊线四周，因为边缘PN结，出格是拐角的地位普通是全部器件比拟软弱的地位；别的因为浪涌为微秒级脉冲，太高的能量难以在短时候内传至全部芯片，是以毁伤会有必然机率产生在焊线地位四周；

2.芯片破坏面积绝对较小，能够间接观察到烧伤点；

3.普通环境下焊线依然一般，不会呈现熔断焊线的环境；但若是蒙受的浪涌能量过大，仍有必然机率会将焊线毁伤熔断。

零件电路中浪涌破坏分为两种生效形式：

1.掩护器件TVS破坏，须要折衷考量其余参数，挑选更大通流才能的TVS器件；

2.后端电路破坏，首要与TVS的浪涌钳位电压Vc太高有关，须要折衷考量其余参数，挑选Vc更低的TVS器件。

三、摹拟直流过电压生效景象

DFN1610封装形状的产物WS1029QP，合用于任务电压15V高压快充Vbus端口，具备浪涌IEC 61000-4-5 (Lightning)  8/20μs  IPP 120A的通流才能，其击穿电压为17V，当对其间接施加20V直流电压，且同时不停止任何限流的环境下，器件生效。

摹拟直流过电压致使生效的芯片局部图如图5和图6。

图5 摹拟直流过电压致使生效的芯片局部图A

图6 摹拟直流过电压致使生效的芯片局部图B

直流过电压生效的首要特色：

1.生效点凡是下产生在芯片中间地区，直流过电压破坏时因为能量很大且延续时候较长，极高的能量有充足的时候传至芯片中间，跟着热量的储蓄积累和温度的降低，芯片被破坏产生熔融通道；

2.芯片破坏面积比拟大，凡是是大面积烧伤，乃至会将正面金属碳化；

3.焊线经常会呈现熔断的环境，焊线比拟细，阻抗大，发烧严峻，永劫候发烧会熔断焊线，乃至会将塑封体销毁。

零件电路中直流过电压破坏也分为两种生效形式：

1. 偶发的超越设想者预期的电压动摇，因为动摇延续时候到达微秒或毫秒，致使TVS破坏。起首TVS短路生效，体系功效变态，电源电位被拉低；若未实时干涉干与，TVS能够改变为开路，高压感化于后端电路，有破坏的后端电路能够；

2. 器件选型不妥，击穿电压下限低于任务电压动摇下限，不充足裕量，也会产生破坏TVS的环境；

综上，在零件电路设想进程中，设想者应充实评价过电应力呈现的各类能够，肯定过电应力设想方针，综合斟酌所用器件的机能目标和抗过电应力的才能，选用适合的器件，实现相干测试评价，晋升零件靠得住性。

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