【導(dǎo)讀】功率MOSFET用戶都非常熟悉“靜電敏感器件”警告標(biāo)志。然而，越熟悉越容易大意。從統(tǒng)計(jì)的角度來(lái)看，單個(gè)MOSFET不太可能被靜電放電（ESD)損壞。然而，在處理成千上萬(wàn)個(gè)MOSFET時(shí)，極小的故障都可能帶來(lái)極大的影響。
一個(gè)有效的ESD防控方案必定是詳盡而具體的。但它的基本概念可概括為下列10條：
1. 確保使用封閉的導(dǎo)電容器儲(chǔ)存并運(yùn)輸MOSFET。
2. 僅在靜電控制工作站接地后才從容器中移走M(jìn)OSFET。
3. 處理功率MOSFET的工作人員應(yīng)穿戴防靜電服，并始終接地。
4. 地板應(yīng)鋪設(shè)接地的防靜電地毯或進(jìn)行靜電耗散處理。
5. 桌子應(yīng)鋪設(shè)接地的靜電耗散桌布。
6. 避免使用任何類(lèi)型的絕緣材料。
7. 僅在一次性應(yīng)用中使用防靜電材料。
8. 務(wù)必使用接地烙鐵安裝MOSFET。
9. 僅在靜電控制工作站測(cè)試MOSFET。
10. 同時(shí)采取上述所有防護(hù)措施，并確保工作人員經(jīng)過(guò)培訓(xùn)。
什么是ESD？
ESD是靜電放電。靜電是指一個(gè)表面相對(duì)于另一個(gè)表面或地產(chǎn)生的電子過(guò)量或不足。電子過(guò)量的表面帶負(fù)電，電子不足的表面帶正電。靜電的電壓（伏特）和電荷（庫(kù)倫）是可測(cè)量的。
物體上的靜電荷會(huì)導(dǎo)致電子分布的不平衡。當(dāng)電子從一個(gè)物體向另一個(gè)電壓電勢(shì)不同的物體轉(zhuǎn)移而嘗試重新建立平衡時(shí)，發(fā)生靜電放電（ESD）。靜電敏感器件（如功率MOSFET)成為放電路徑的一部分，或者位于靜電場(chǎng)范圍內(nèi)時(shí)，它可能被永久性損壞。
靜電的產(chǎn)生
摩擦起電是最常見(jiàn)的靜電起電方式。摩擦兩種材料，即，兩種材料接觸后再分離會(huì)產(chǎn)生摩擦起電。兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r，因?yàn)椴煌矬w的原子核束縛核外電子的本領(lǐng)不同，所以其中必定有一個(gè)物體失去一些電子，另一個(gè)物體得到多余的電子。異質(zhì)材料，尤其是表面電阻率高的材料對(duì)摩擦起電特別敏感。
感應(yīng)起電是另外一種靜電起電方式。當(dāng)一個(gè)物體接近帶高強(qiáng)電荷的物體或高能量的ESD時(shí)發(fā)生感應(yīng)起電。
ESD對(duì)功率MOSFET的危害
故障模式
功率MOSFET最大的運(yùn)行優(yōu)勢(shì)之一是：當(dāng)達(dá)到ESD超高輸入電阻時(shí)（典型值> 4 x 109 ohms)，它會(huì)關(guān)閉。功率MOSFET的柵極可以視為一個(gè)低電壓（HEXFET器件電壓為+ 20V）低泄露的電容。如圖1所示，電容器極板主要由硅柵極和源極金屬化形成。電容器介質(zhì)是氧化硅柵極絕緣。
圖 1.HEXFET 基本結(jié)構(gòu)
當(dāng)柵源電壓高到跨過(guò)柵介質(zhì)時(shí)，MOSFET發(fā)生ESD損壞。此時(shí)柵氧化層上的微孔被燒壞，器件永久性損壞。如同任何電容，必須給功率MOSFET的柵極充電以便達(dá)到特定的電壓。更大的器件有更大的電容，電壓每上升一伏也需要更多的電荷，因此比較小的MOSFET更不容易遭受ESD損壞。同樣，靜電放電一般不會(huì)產(chǎn)生突發(fā)性失效，直至柵源電壓超出額定最大值的2到3倍。
圖2a是典型的ESD損傷場(chǎng)景。這個(gè)場(chǎng)景是將人體模型（HBM)充電到700V，然后再放電到器件的柵極所產(chǎn)生的損傷。在將裸片表層從多晶硅剝離后，用掃描電子顯微鏡放大5000倍拍攝了該照片。圖2b顯示在剝離之前，裸片表面無(wú)任何可視性損傷。圖2a的實(shí)際損傷直徑僅為8微米。ESD損傷表現(xiàn)出的電氣癥狀是柵極和源極之間的低電阻或齊納效應(yīng)，施加的電壓小于±20伏。
造成ESD損傷所需的電壓至少為1000 V（具體大小取決于芯片尺寸）。這是由于承載電荷的體二極管的電容大大低于MOSFET的Ciss，因此當(dāng)電荷轉(zhuǎn)移時(shí)，所產(chǎn)生的電壓就會(huì)遠(yuǎn)低于原始電壓。
靜電場(chǎng)也會(huì)損壞功率MOSFET。雖然故障模式是ESD，但MOSFET的損壞是因?yàn)閷ET的未保護(hù)柵極放置在電暈放電路徑中引起的。電暈放電由帶正或負(fù)電荷的表面向空氣中的小離子分子放電而(CO2+, H+, O2-, Oh-)引起。
ESD是問(wèn)題嗎？
如前所述，在處理少數(shù)MOSFET時(shí)，ESD可能不是一個(gè)問(wèn)題。此時(shí)也可能產(chǎn)生極少數(shù)無(wú)法解釋的故障。當(dāng)處理大量的MOSFET時(shí)，尤其質(zhì)量是第一要素時(shí)，ESD就成為一個(gè)問(wèn)題。
ESD控制的材料和方法
直接保護(hù)法
保護(hù)功率MOSFET不受ESD或其它任何過(guò)度的柵極電壓損傷，首要目標(biāo)是保持柵源電壓不超出最大規(guī)定值（HEXFET為±20）。這一點(diǎn)同時(shí)適用于電路內(nèi)部和外部。
直接保護(hù)MOSFET的方法包括縮短?hào)艠O和源極間的距離，或者是在柵源之間施加一個(gè)齊納保護(hù)。直接保護(hù)法在內(nèi)部電路和少數(shù)器件的應(yīng)用中有效，但在生產(chǎn)環(huán)節(jié)由于涉及了大量的MOSFET就不是很實(shí)際。
圖 2a.典型ESD故障
圖 2b.剝離前，ESD損傷的器件在低放大倍數(shù)下的效果圖
功率MOSFET靜電保護(hù)的基本概念是盡可能防止靜電積聚，并快速有效地去除已有電荷。
環(huán)境中的材料可以幫助或阻礙靜電控制。這些材料可根據(jù)表面電阻率劃分成4類(lèi)：絕緣(>1014 ohms/Sq.*)，防靜電(109-1014 ohms/Sq.*)，靜電耗散(105-109 ohms/Sq.*)，和導(dǎo)電（理想狀態(tài)下，為了保護(hù)HEXFET，在設(shè)施中應(yīng)該只有接地的導(dǎo)電體。）此外，所有參與生產(chǎn)的人員都應(yīng)硬接地。不幸的是，參與生產(chǎn)的這些人員極易受到故障電氣設(shè)備的電擊。同樣，長(zhǎng)距離移動(dòng)時(shí)，也很難保持接地。因此，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況選擇保護(hù)材料和方法。
絕緣材料
由于這類(lèi)材料易于儲(chǔ)存靜電電荷并難以放電，如果可能的話，功率MOSFET及其整體環(huán)境需遠(yuǎn)離該類(lèi)材料。由于絕緣體不導(dǎo)電，因此絕緣體與地之間的電氣連接無(wú)法控制靜電電荷。
絕緣材料包括：聚乙烯（普通塑料袋材質(zhì)），聚苯乙烯（ 泡沫塑料杯和打包用塑料泡沫），邁拉，硬質(zhì)橡膠，乙烯基，云母陶瓷，多數(shù)其它塑料，以及一些有機(jī)材料。
必須在功率MOSFET處理設(shè)施中使用塑料產(chǎn)品時(shí)，只能使用浸漬了導(dǎo)電材料和/或用防靜電化合物處理過(guò)的物品。
防靜電材料
防靜電材料阻礙摩擦電荷的生成，但是無(wú)法屏蔽電場(chǎng)。
電暈放電會(huì)直接穿過(guò)防靜電外殼，可能破壞內(nèi)部任意MOSFET。
由于這類(lèi)材料表面電阻率極高，因此接地時(shí)并不能有效地移除電荷。
一些塑料絕緣體可以用抗靜電劑處理。抗靜電劑化學(xué)地降低它們對(duì)摩擦生電的敏感性并降低它們的表面電阻率。大多數(shù)抗靜電劑在相對(duì)濕度（RH）高時(shí)才有效。
因此，處理功率MOSFET的設(shè)施的相對(duì)濕度（RH)應(yīng)保持在40％以上。此外，抗靜電劑在一段時(shí)間后會(huì)漸漸磨損，并且大多數(shù)還使用了對(duì)金屬具有腐蝕性的反應(yīng)性離子化學(xué)品。防靜電塑料（如Dl P和TO-3管和運(yùn)輸包裝材料）應(yīng)限于短期的一次性使用。
備注：尺寸不影響表面電阻率。
IGBT新品 2022
近日，英飛凌推出了采用TO247PLUS封裝的全新EDT2 IGBT，該器件符合并超越了車(chē)規(guī)級(jí)半導(dǎo)體分立器件應(yīng)力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)AECQ101，能大幅提升逆變器系統(tǒng)的性能和可靠性。
新推出的EDT2 IGBT包括AIKQ120N75CP2和AIKQ200N75CP2兩種型號(hào)，現(xiàn)已開(kāi)始供貨。
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