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        IPM模塊抗ESD能力研究

        2020-08-05 05:40:52馮宇翔
        家電科技 2020年4期
        關(guān)鍵詞:水平實驗分析

        馮宇翔

        廣東美的制冷設(shè)備有限公司 廣東順德 528311

        關(guān)鍵字靜電;智能功率模塊;IGBT

        1 引言

        環(huán)境中存在靜電,這種靜電電壓從幾百伏到幾千伏不等,甚至更高,如果沒有任何靜電保護(hù)結(jié)構(gòu),集成電路在存儲、運(yùn)輸以及使用工程中很容易被靜電損傷。靜電放電(ESD)是兩個靠近的帶電體之間電荷再次平衡的過程,當(dāng)帶靜電的人或物體與MOS器件的引腳接觸,并通過器件向地或者其他物體放電時,高電壓及其產(chǎn)生的大電流可能造成器件的損傷。ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)能將高壓靜電轉(zhuǎn)化成瞬態(tài)低壓大電流,最終將電流泄放,從而達(dá)到保護(hù)集成電路的目的。工業(yè)調(diào)查表明由ESD造成的芯片失效占失效總數(shù)的50%左右,所以ESD對提高芯片的可靠性至關(guān)重要。[1,2]

        2 實驗

        通過靜電放電路徑分析和靜電實驗兩種方式分析IPM模塊靜電失效點。圖1是本文分析的智能功率模塊的原理圖。靜電放電測試設(shè)備采用手動ESD-606靜電放電發(fā)生器。檢查判定設(shè)備為TEKTRONIX370B晶體管圖示儀。

        對兩兩管腳間的電路路徑共220種情況進(jìn)行回路分析的靜電實驗。圖1中所示了管腳1-35間的靜電回路。表1中紅色字體為模塊最易損壞點。

        其中兩兩引腳靜電回路全部集中在HVIC中的情況有:24~33,25~33,26~33,27~33,28~33,29~33,30~33,31~33,32~33,24~32,25~32,26~32,27~32,28~32,29~32,30~32,31~32,24~31,25~31,26~31,27~31,28~31,29~31,30~31,24~30,25~30,26~30,27~30,28~30,29~30,24~29,25~29,26~29,27~29,28~29,24~28,25~28,26~28,27~28,24~27,25~27,26~27,24~26,25~26,24~25,4~35,5~35,8~35,9~35,12~35,13~35,24~35,25~35,26~35,27~35,28~35,29~35,30~35,31~35,32~35,33~35,34~35,4~34,5~34,8~34,9~34,12~34,13~34,24~34,25~34,26~34,27~34,28~34,29~34,30~34,31~34,32~34,33~34,4~5,12~13,8~9。這些靜電測試中全部未發(fā)生靜電失效。

        為了驗證在IPM某兩個引腳上打ESD時,是否會在IGBT的柵極產(chǎn)生ESD電壓,在未封裝的IPM引腳上打ESD,監(jiān)測IGBT的柵極電壓。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)理論分析與實驗結(jié)果一致。如圖2所示用信號發(fā)生器在IPM引腳輸入5 V方波,可以在IGBT柵極產(chǎn)生4.6 V左右的方波。

        3 結(jié)論

        從理論分析和實際測試發(fā)現(xiàn),IPM ESD測試過程中,靜電會直接作用于IGBT的柵極,因此IPM ESD水平和內(nèi)部IGBT ESD水平有直接關(guān)系[3]。對于高壓引腳的ESD測試,實際是對內(nèi)部IGBT的ESD測試。目前國際標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格書中都沒有規(guī)定IGBT的抗ESD水平。另外,市場上的IPM產(chǎn)品的抗ESD水平2000 V也只是IPM中HVIC部分水平,因此對IPM的抗ESD水平大于2000 V的規(guī)定僅限于低壓引腳部分,高壓引腳部分抗ESD能力應(yīng)重新制定合理的測試標(biāo)準(zhǔn)[4,5]。對于IPM的研發(fā)或選型應(yīng)重點關(guān)注高壓管腳的抗ESD水平。

        圖1 本實驗所用智能功率模塊原理圖及管腳1-35間靜電回路示意

        表1 ESD測試中回路分析結(jié)果

        圖2 IPM引腳輸入電壓對IGBT柵壓的影響,綠色線為IPM引腳上的輸入電壓,黃色線為監(jiān)測到的IGBT的柵極位置的電壓

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