典型半导体案例失效分析归纳.pdf

典型半导体案例失效分析 Author: 朱秋高 光宝电子 (东莞 )有限公司 E-mial: Collins.zhu@ 摘要 : 开关电源与地之间走线的电感对主开关 Mosfet 驱动影响和失效案例 关键词 : PWM 驱动信号的布线要点 : 在开关转换期间 ,某些走线 (PCB 上的敷铜线路 ) 电流会瞬间停止 ,而另外一些走线电流同时瞬间导通 ( 均 在开关转换时间 100ns 之内发生 ). 这些走线被认为是开关调整器 PCB 布线的 ”关键走线 ”.每个开关转换 瞬时 ,这些走线中都产生很高的 Di/dt . 如图 1-1 所示 ,整个线路混杂着细小但不低的电压尖峰 . 由经验可知 , 不难理解这是方程 V=L*Di/dt 在走线中起作用 ,L 是 PCB 走线的寄生电感 .根据经验 ,每英寸走线的寄生电 感约为 20nH 图 1-1 确定三种拓扑中的关键走线 噪声尖峰一旦产生 ,不仅传递到输入 /输出 (影响电源性能 ),而且渗透到 IC 控制单元 ,使控制功能失稳失常 , 甚至使控制的限流功能失效 ,导致灾难性后果 . 199 引言 : 设计开关调整器 PCB 时 ,需知最终产品的好坏完全取决于它的布线 ,当然 ,有些开关 IC 可能会比其他开 关 IC 对干扰更敏感 .有时 ,从不同供应商购得的 “同类 ”产品也可能有完全不同的噪声敏感度 ,.此外 ,某些 开关 IC 结构本身也会比其他 IC 对噪声更敏感 (如电流模式控制芯片比电压模式控制芯片 ”布线敏感度 ”高 很多 ). 事实上 ,用户必须面对这样的现实 : 半导体器件生产商不会提供其产品噪声敏感度的资料 . 而作为 设计人员 ,往往对布线不够重视 ,结果将似乎可稳定工作的 IC 弄得波形震荡 ,易受干扰 ,以致误动作 ,甚至导 致灾难性的后果 (开关烧掉 ). 另外 ,这些问题在调试后期往往很难纠正或补救 ,因此开始阶段就正确布线 非常重要 . 试验方法 : 1. MOSFET 的驱动信号通常由 IC 内的驱动级产生 ,故 MOSFET 的源极应接至 IC接地端 .但 MOSFET 的 实际表现并不由施加在栅极与参考间的电压所决定 , 而是取决于栅极与源极间的电压 ,即完全取决于实际 的V GS. 实例 1,如果源极与地之间的走线有点长的话 ,在开关转换瞬间它上面会出现很大的电感反冲 , 不严重 的话只是降低开关转换的速度 ,严重时会使 MOSFET 错误地开通或关断 ,导致管子毁坏 . 图 1-2 是在关断瞬间可能发生的相当安全的情形 .栅极控制 MOSFET 关断 ,但源极的 PCB走线阻抗刚 才也流过了电流 ,并产生小电压源 (尖峰 ) 以阻止电流减小 , 电流持续流动直到能量消耗光 .这使 V GS波形发 生改变从而使开关转换速度降低 .然而 ,这种降低转换速度的方法并不值得推荐 ,根据我所知其结果不可预 知 ,因为它本质上是基于寄生参数的 . 图 1-2 关断时源极寄生电感的影响 2. 实例 2, 图 1-3 是一款使用在网络产品上的电源布线图 ,我们不难发现驱动信号到 MOSFET 的栅极 之间的走线过长 ,(约