資料介紹
電路板工作中不可能不發生芯片或半導體器件的損壞,損壞后,要想從器件的尸體上發現其死因,并能知曉導致其死傷的應力和作用路徑,自然就可以很容易的找到以后預防此類問題的解決方案。但這一切的難點就是如何分析出器件的死因。這里介紹一種無損探傷的測試路徑和分析方法——IV曲線測試與分析。
對器件失效分析的步驟做一個活動分解,可以分解成四步:
1、具體哪個管腳壞了?
2、壞的管腳壞到了什么程度?
3、是什么應力導致的損壞?
4、怎么解決或預防?
通過IV曲線分析,可以輕松地完成第1、2條,第3條需要那么一丟丟經驗和邏輯推理能力,但稍加研究即可掌握,前3條解決了之后,至于第4條嘛,對于設計師來說,簡直就是瓜熟蒂落、水到渠成的事了。
下面以某大型廚電單位所提供的一個IGBT的失效分析案例為例子來分析說明。
這種測試方法是對比測試,就是必須得有一個同廠家的好的器件,再有故障器件,兩個進行曲線對比。于是,在該客戶單位與我聯系的時候,我讓他們先提供了一個好的IGBT,廠家也特大方,同時還寄來了一兜子20多個故障片,然后我下載了該器件的datasheet,如下圖的“IGBT內部結構圖”。然后做對比測試,如下圖中的曲線,藍色線是完好器件的IV曲線,紅色線是故障器件的曲線,兩相對照,差異立現。哪個管腳壞,壞到了什么程度的問題以一種很顯性直觀的方式呈現在眼前呢。然后就是第三步做分析了。
IGBT的pin1是柵極,柵極是絕緣柵,顧名思義,它與其它管腳是絕緣的,通過絕緣柵的電壓控制CE之間的電流,可以理解為是一個壓控電流通路。因此,gc之間應該是斷開的額,ge之間也是斷開的,由IV曲線測試結果,Pin1-Pin2與Pin1-Pin3里的藍線很明白的說明了這點,只有電壓沒有電流與橫軸重合的那條線不就是表明是斷開的意思嘛。但是紅色的線呢(故障器件的曲線),明顯不一樣,而且成一條過圓心的斜直線,這是典型的電阻特性曲線,說明壞IGBT的gc、ge端表現為小電阻特性。而且,斜率越大,說明電阻越小(這一條后面有用)。
Pin2-Pin3之間表現為二極管的轉折特性,這里沒有反向擊穿的曲線部分,是因為我們的測試是為了發現問題,而不是為了做破壞性試驗制造問題,所以反向電壓沒加到能反向擊穿PN結的程度。而且,在g極未加電的情況下,ce通路里的集電極發射極通路也不會導通,只剩下了ce通路上的二極管特性。
但是壞的IGBT呢,ce端也表現了小電阻特性(pin2-Pin3、Pin3-Pin2的紅色曲線),而且注意一個細節,這個pin2-pin3斜線的斜率與Pin1-pin2的紅線斜率相比,明顯要大,那就是說,其電阻值Rce一定小于Rcg,那就說明Rce不是只由Rcg+Rge疊加形成過的,應該在Rce通路上還有個小電阻特性。如下圖中的紅線示意圖。
對器件失效分析的步驟做一個活動分解,可以分解成四步:
1、具體哪個管腳壞了?
2、壞的管腳壞到了什么程度?
3、是什么應力導致的損壞?
4、怎么解決或預防?
通過IV曲線分析,可以輕松地完成第1、2條,第3條需要那么一丟丟經驗和邏輯推理能力,但稍加研究即可掌握,前3條解決了之后,至于第4條嘛,對于設計師來說,簡直就是瓜熟蒂落、水到渠成的事了。
下面以某大型廚電單位所提供的一個IGBT的失效分析案例為例子來分析說明。
這種測試方法是對比測試,就是必須得有一個同廠家的好的器件,再有故障器件,兩個進行曲線對比。于是,在該客戶單位與我聯系的時候,我讓他們先提供了一個好的IGBT,廠家也特大方,同時還寄來了一兜子20多個故障片,然后我下載了該器件的datasheet,如下圖的“IGBT內部結構圖”。然后做對比測試,如下圖中的曲線,藍色線是完好器件的IV曲線,紅色線是故障器件的曲線,兩相對照,差異立現。哪個管腳壞,壞到了什么程度的問題以一種很顯性直觀的方式呈現在眼前呢。然后就是第三步做分析了。
IGBT的pin1是柵極,柵極是絕緣柵,顧名思義,它與其它管腳是絕緣的,通過絕緣柵的電壓控制CE之間的電流,可以理解為是一個壓控電流通路。因此,gc之間應該是斷開的額,ge之間也是斷開的,由IV曲線測試結果,Pin1-Pin2與Pin1-Pin3里的藍線很明白的說明了這點,只有電壓沒有電流與橫軸重合的那條線不就是表明是斷開的意思嘛。但是紅色的線呢(故障器件的曲線),明顯不一樣,而且成一條過圓心的斜直線,這是典型的電阻特性曲線,說明壞IGBT的gc、ge端表現為小電阻特性。而且,斜率越大,說明電阻越小(這一條后面有用)。
Pin2-Pin3之間表現為二極管的轉折特性,這里沒有反向擊穿的曲線部分,是因為我們的測試是為了發現問題,而不是為了做破壞性試驗制造問題,所以反向電壓沒加到能反向擊穿PN結的程度。而且,在g極未加電的情況下,ce通路里的集電極發射極通路也不會導通,只剩下了ce通路上的二極管特性。
但是壞的IGBT呢,ce端也表現了小電阻特性(pin2-Pin3、Pin3-Pin2的紅色曲線),而且注意一個細節,這個pin2-pin3斜線的斜率與Pin1-pin2的紅線斜率相比,明顯要大,那就是說,其電阻值Rce一定小于Rcg,那就說明Rce不是只由Rcg+Rge疊加形成過的,應該在Rce通路上還有個小電阻特性。如下圖中的紅線示意圖。
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