【導讀】容易看出改進型的電路拓撲與基本型電路的主要差別在於副邊整流電路，該整流電路被稱為倍流整流器（Current-Doubler Rectifier，CDR）
，是(shi)目(mu)前(qian)應(ying)用(yong)的(de)熱(re)點(dian)之(zhi)一(yi)。下(xia)麵(mian)首(shou)先(xian)介(jie)紹(shao)一(yi)下(xia)該(gai)整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)。與(yu)全(quan)波(bo)整(zheng)流(liu)相(xiang)比(bi)，倍(bei)流(liu)整(zheng)流(liu)器(qi)的(de)高(gao)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)副(fu)邊(bian)繞(rao)組(zu)僅(jin)需(xu)一(yi)個(ge)單(dan)一(yi)繞(rao)組(zu)

，不(bu)用(yong)中(zhong)心(xin)抽(chou)頭(tou)。

半(ban)導(dao)體(ti)元(yuan)器(qi)件(jian)在(zai)整(zheng)機(ji)應(ying)用(yong)端(duan)的(de)失(shi)效(xiao)主(zhu)要(yao)為(wei)各(ge)種(zhong)過(guo)應(ying)力(li)導(dao)致(zhi)的(de)失(shi)效(xiao)，器(qi)件(jian)的(de)過(guo)應(ying)力(li)主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)的(de)緩(huan)變(bian)或(huo)者(zhe)突(tu)變(bian)引(yin)起(qi)的(de)過(guo)應(ying)力(li)
，當(dang)半(ban)導(dao)體(ti)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)並(bing)產(chan)生(sheng)超(chao)出(chu)器(qi)件(jian)最(zui)大(da)可(ke)承(cheng)受(shou)的(de)應(ying)力(li)時(shi)，元(yuan)器(qi)件(jian)發(fa)生(sheng)失(shi)效(xiao)。應(ying)力(li)的(de)種(zhong)類(lei)繁(fan)多(duo)，如(ru)表(biao)1，其中過電應力導致的失效相對其它應力更為常見。

表1 應力類型、試驗方法和失效模式

過電應力失效分為芯片級和係統級；

在運輸、裝配和測試中，ESD能量通過端口金屬引腳或通過空氣耦合進入集成電路芯片內部
，損傷端口處ESD保護單元或內部邏輯電路
，造成局部短路
、開路或者觸發電路發生閂鎖，導致集成電路邏輯功能失效；

在整機係統中，設計師雖然進行了巧妙的布線，並且加入了大量的瞬態抑製二極管（TVS）用於提高係統級抗過電應力能力，但由於整機係統工作環境複雜，仍會出現一定概率的失效，以損傷端口處TVS和端口內芯片最為常見。

本文通過模擬過電應力（靜電
、浪湧、直流）來分析半導體器件在各種極端電應力環境下失效的現象和機理，及如何利用好TVS降低過電應力危害。

一、模擬靜電失效現象

產品WE05MUC廣泛應用於高速數據端口靜電和低壓浪湧防護
，具有IEC 61000-4-2 (ESD) ±25kV (contact)的靜電防護能力
，當經受超出其能力的IEC 61000-4-2 (ESD) ±30kV (contact)靜電能量衝擊時，會出現失效。

模擬靜電導致失效的芯片局部圖如圖1和圖2。可見樣品間失效現象略有差異
，但多條導電通路都出現了燒毀痕跡，說明結構設計合理ESD能量分布較均勻。

圖1 模擬靜電導致失效的芯片局部圖A

圖2 模擬靜電導致失效的芯片局部圖B

靜電失效的主要特點：

1.靜電損傷分為損傷失效和潛在失效兩種類型，損傷失效是指元器件在ESD事件後出現損傷，完全或部分喪失功能

；而潛在失效指靜電能量處於臨界，靜電放電後，僅造成輕微損傷，器件電參數略有變化，但仍然合格
；

2.butongyuanqijianjingdiansunshangxingmaochayijiaoda

，huonengkandaomingxianshaoshanghenji，huojinyouqingweisunshanghenji，xuyaogaobeixianweijinglaiguancha，youshixuyaoqudiaojinshucengcainengguanchadaosunhuaidian。

整機電路中靜電損壞分為兩種失效模式：

1.保護器件TVS損壞，需要選擇折中考量其他參數，選擇等級更強的保護器件；    

2.後端電路損壞

，主要與TVS靜電鉗位電壓Vc較高有關，需要折中考量其他參數，選擇靜電鉗位電壓更低的TVS器件。

二、模擬浪湧失效現象

DFN1610封裝外形的產品WS1029HP，適用於工作電壓10V高壓快充Vbat端口，具有浪湧IEC 61000-4-5 (Lightning)  8/20μs  IPP 160A的通流能力，當其經受超出其能力的170A及以上浪湧衝擊後，會出現失效。

模擬浪湧導致失效的芯片局部圖如圖3和圖4。

圖3 模擬浪湧導致失效的芯片局部圖A

圖4 模擬浪湧導致失效的芯片局部圖B

浪湧失效的主要特點：

1.失效點大概率發生在器件邊緣的PN結位置或者焊線附近

，因為邊緣PN結
，特別是拐角的位置一般是整個器件比較薄弱的位置
；另外由於浪湧為微秒級脈衝，過高的能量難以在短時間內傳至整個芯片，因此損傷會有一定機率發生在焊線位置附近
；

2.芯片損壞麵積相對較小，可以直接觀測到燒傷點；

3.一般情況下焊線仍然正常

，不會出現熔斷焊線的情況；但如果遭受的浪湧能量過大，仍有一定機率會將焊線損傷熔斷。

整機電路中浪湧損壞分為兩種失效模式：

1.保護器件TVS損壞，需要折中考量其他參數，選擇更大通流能力的TVS器件；

2.後端電路損壞，主要與TVS的浪湧鉗位電壓Vc太高有關，需要折中考量其他參數
，選擇Vc更低的TVS器件。

三
、模擬直流過電壓失效現象

DFN1610封裝外形的產品WS1029QP，適用於工作電壓15V高壓快充Vbus端口
，具有浪湧IEC 61000-4-5 (Lightning)  8/20μs  IPP 120A的通流能力，其擊穿電壓為17V，當對其直接施加20V直流電壓，且同時不進行任何限流的情況下，器件失效。

模擬直流過電壓導致失效的芯片局部圖如圖5和圖6。

圖5 模擬直流過電壓導致失效的芯片局部圖A

圖6 模擬直流過電壓導致失效的芯片局部圖B

直流過電壓失效的主要特點：

1.失shi效xiao點dian通tong常chang下xia發fa生sheng在zai芯xin片pian中zhong心xin區qu域yu
，直zhi流liu過guo電dian壓ya損sun壞huai時shi由you於yu能neng量liang很hen大da且qie持chi續xu時shi間jian較jiao長chang，極ji高gao的de能neng量liang有you足zu夠gou的de時shi間jian傳chuan至zhi芯xin片pian中zhong心xin
，隨sui著zhe熱re量liang的de積ji聚ju和he溫wen度du的de升sheng高gao，芯xin片pian被bei損sun壞huai產chan生sheng熔rong融rong通tong道dao；

2.芯片損壞麵積比較大，通常是大麵積燒傷，甚至會將正麵金屬碳化
；

3.焊線常常會出現熔斷的情況
，焊線比較細，阻抗大
，發熱嚴重，長時間發熱會熔斷焊線，甚至會將塑封體燒毀。

整機電路中直流過電壓損壞也分為兩種失效模式：

1. 偶發的超出設計者預期的電壓波動
，由於波動持續時間達到微秒或毫秒
，導致TVS損壞。首先TVS短路失效，係統功能失常，電源電位被拉低；若未及時幹預
，TVS可能轉變為開路
，高壓作用於後端電路，有損壞的後端電路可能
；

2. 器件選型不當
，擊穿電壓下限低於工作電壓波動上限，沒有足夠裕量，也會發生損壞TVS的情況；

綜zong上shang
，在zai整zheng機ji電dian路lu設she計ji過guo程cheng中zhong，設she計ji者zhe應ying充chong分fen評ping估gu過guo電dian應ying力li出chu現xian的de各ge種zhong可ke能neng，確que定ding過guo電dian應ying力li設she計ji目mu標biao
，綜zong合he考kao慮lv所suo用yong器qi件jian的de性xing能neng指zhi標biao和he抗kang過guo電dian應ying力li的de能neng力li，選xuan用yong合he適shi的de器qi件jian，完wan成cheng相xiang關guan測ce試shi評ping估gu，提ti升sheng整zheng機ji可ke靠kao性xing。

（來源：維安電子）

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