MOS替换方法及流程之ESD免疫力详解

1.1ESD免疫力

1.1.1MOS体二极管稳健性(散热器上的ESD)

ESD敏感器件的损坏通常是由于ESD电流的通过使一个小的内部区域受热而引起的。损伤区域可能是金属化轨道或晶体管结。

如果温度超过某个阈值，就会造成损害。

在中脉冲长度范围内(一般100ns

ØESD模型:

放电25kV(最坏情况)的ESD脉冲持续时间约为:

·3τ= 3 * RESD* CESD1= 3 * 330 * 10-12* 330 = 330 ns

·IESD= UESD/ RESD= 25 kv / 330Ω= 76

在计算中，我们考虑NXP和IRF MOSFETs的Imax=75A，通过MOSFETs体二极管(最坏的情况)的Imax=80A。这个电流的范围和I的一样ESD。我们可以对这个假设充满信心。

体二极管雪崩时的Vds: Vz=55V。

最大额定值:

	NXP	英飞凌	IRF
Vds	55 V	55 V	55 V
Vg	20 V	20 V	20 V

根据数据表，体二极管直到Pmax才被损坏:

对于NXP和IRF, Pmax = Vz*Imax = 55*75 = 4125 W

对于英飞凌，Pmax = Vz*Imax = 55*80 = 4400 W

Ø在散热器的ESD中通过体二极管(最坏情况)估计平均功率:

备注:

在这个配置中，MOSFET排放上的10nF和10nF串联电容不能考虑(离散热器太远)。

VESD= Vo = 25 kv

使用ESD模型:{ RESD= 330Ω/ CESD= 330 pf }

在3τ,Vds公司仍等于55 v(钳位电压)。

Vz:体二极管电压在雪崩状态。

漏源极电流方程为i(t) = (V)ESD/ RESD)* exp(- t /τ)

MOSFET功率方程为P(t) = Vz* i(t)

< 4125 W

P(average)= 1320 w < 4125 w

Ø结论:

在ESD脉冲期间，平均功率Paverage= 1320W低于3mosfet允许的最大功率(4125W)。因此，用于3mosfet的体二极管足够坚固，不会被ESD脉冲损坏。

Ø栅极的鲁棒性,防静电

	NXP	英飞凌	IRF
CDS= Coss-CGD	470 pF	1050 pF	780 pF
CGS= cis - CGD	5570 pF	4830 pF	3200 pF
CGD= crs	710 pF	550 pF	280 pF

利用电容分压器桥式关系，

VGS可以表示

	NXP	英飞凌	IRF
VGS	6.2 v	5.6 v	4.4 v

Ø结论:

在ESD中，当体二极管处于雪崩状态时，能量太低，不足以破坏MOSFET栅极。栅极电压(见上表)仍然在VGSmax (20V)下。

ØESD的连接器

与连接器接触的ESD最坏情况为8KV。

在连接器上，ESD电压将除以大约16在漏极上(330pF放电电容与5nF相比，因为两个电容10nf10nf串联在漏极和地面之间)。

连接器,VESD=8kV => 8kV /16=500V排水沟。

同样地，体二极管将漏电压限制在55V左右。

< 4125 W

P(average)= 422 w < 4125 w

Ø结论:

在连接器的ESD中，通过体二极管(422W)的功率低于mosfet (4125W)的最大允许功率。