如果電子器件遭到破壞,且如果能發現燒灼痕跡等明顯的故障癥狀,則通常需要分析硅芯或電子元件。通過此類檢查,應該能夠找出破壞事件的根本原因。最后應總結出損壞是由ESD放電造成,還是由更大規模的浪涌事件造成,亦或者由超出規定限制的過大熱應力造成。為此,有必要對標準浪涌信號的最重要關鍵參數進行簡單比較。
表6列出了用于直接比較的不同浪涌測試標準的關鍵參數。對于8kV ESD放電,IEC 61000-4-2事件的上升時間非常短,峰值電流高達30A。但脈沖能量不是非常高,約為16uJ。人體模型(HBM) [17]脈沖攜帶的能量更少,峰值電流更低,且上升時間更慢。相比之下,由于脈沖持續時間長且浪涌發生器輸出電阻低,因此IEC 61000-4-2的8/20μs測試脈沖攜帶的能量比IEC 61000-4-2事件多30倍。就脈沖能量和上升時間而言,100ns TLP脈沖與IEC 61000-4-2脈沖類似,而超快TLP的能量甚至更低。峰值電流為15A的脈沖對應大約3.5mJ。
注:不同的脈沖的能量在表6中已列出。
圖63清晰地展示了IC芯片上的ESD損壞情形。受損面積非常小,然而絕緣層和柵氧化層可能已降解并遭到破壞。泄漏電流可導致功能故障。
圖64提供了ESD損壞的另一個示例。圖中顯示,由于浪涌事件,有一個可見的小洞燒到了晶體內部。
圖65中顯示的損壞是由IEC 61000-4-5穩健性測試造成的燒灼痕跡。將發生器的充電電壓設為42V,并向邏輯緩沖器的芯片發射8/20μs的浪涌脈沖。該測試采用約20A的峰值電流,發生器輸出電阻為2Ω。與ESD放電相比,燒灼面積更大;金屬連接完全被燒毀。
圖66是EOS(電氣過壓)故障癥狀的一個示例。由于超過器件的功耗或最大電流限值導致熱應力過大,會造成此類損壞。晶體上的損壞十分嚴重,燒灼區域相對較大。有時EOS損壞會造成封裝破損和碳化。如果遇到高電流,通常會觀察到接合線熔合的情況。
該文來源于Nexperia的《ESD應用手冊》第七章。
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原文標題:ESD和浪涌造成電子元器件故障的癥狀
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