保护IGBT和MOSFET免受ESD损坏
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一个有效的ESD防控方案必定是详尽而具体的。但它的基本概念可概括为下列10条： 1. 确保使用封闭的导电容器储存并运输MOSFET。 2. 仅在静电控制工作站接地后才从容器中移走MOSFET。 3. 处理功率MOSFET的工作人员应穿戴防静电服，并始终接地。 4. 地板应铺设接地的防静电地毯或进行静电耗散处理。 5. 桌子应铺设接地的静电耗散桌布。 6. 避免使用任何类型的绝缘材料。 7. 仅在一次性应用中使用防静电材料。 8. 务必使用接地烙铁安装MOSFET。 9. 仅在静电控制工作站测试MOSFET。 10. 同时采取上述所有防护措施，并确保工作人员经过培训。 什么是ESD？ ESD是静电放电。静电是指一个表面相对于另一个表面或地产生的电子过量或不足。电子过量的表面带负电，电子不足的表面带正电。静电的电压（伏特）和电荷（库伦）是可测量的。 物体上的静电荷会导致电子分布的不平衡。当电子从一个物体向另一个电压电势不同的物体转移而尝试重新建立平衡时，发生静电放电（ESD）。静电敏感器件（如功率MOSFET)成为放电路径的一部分，或者位于静电场范围内时，它可能被永久性损坏。 静电的产生 摩擦起电是最常见的静电起电方式。摩擦两种材料，即，两种材料接触后再分离会产生摩擦起电。两个物体互相摩擦时，因为不同物体的原子核束缚核外电子的本领不同，所以其中必定有一个物体失去一些电子，另一个物体得到多余的电子。异质材料，尤其是表面电阻率高的材料对摩擦起电特别敏感。 感应起电是另外一种静电起电方式。当一个物体接近带高强电荷的物体或高能量的ESD时发生感应起电。 ESD对功率MOSFET的危害 故障模式 功率MOSFET最大的运行优势之一是：当达到ESD超高输入电阻时（典型值> 4 x 109 ohms)，它会关闭。功率MOSFET的栅极可以视为一个低电压（HEXFET器件电压为 20V）低泄露的电容。如图1所示，电容器极板主要由硅栅极和源极金属化形成。电容器介质是氧化硅栅极绝缘。
图 1. HEXFET 基本结构 当栅源电压高到跨过栅介质时，MOSFET发生ESD损坏。此时栅氧化层上的微孔被烧坏，器件永久性损坏。如同任何电容，必须给功率MOSFET的栅极充电以便达到特定的电压。更大的器件有更大的电容，电压每上升一伏也需要更多的电荷，因此比较小的MOSFET更不容易遭受ESD损坏。同样，静电放电一般不会产生突发性失效，除非栅源电压超出额定最大值的2到3倍。 图2a是典型的ESD损伤场景。这个场景是将人体模型（HBM)充电到700V，然后再放电到器件的栅极所产生的损伤。在将裸片表层从多晶硅剥离后，用扫描电子显微镜放大5000倍拍摄了该照片。图2b显示在剥离之前，裸片表面无任何可视性损伤。图2a的实际损伤直径仅为8微米。ESD损伤表现出的电气症状是栅极和源极之间的低电阻或齐纳效应，施加的电压小于±20伏。 造成ESD损伤所需的电压至少为1000 V（具体大小取决于芯片尺寸）。这是由于承载电荷的体二极管的电容大大低于MOSFET的Ciss，因此当电荷转移时，所产生的电压就会远低于原始电压。 |
