ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2023. №1
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.1.12
Влияние ёмкости посадочного места транзистора
на его устойчивость к воздействию
электростатического разряда
А.А. Дроздова, И.И. Николаев, М.Е. Комнатнов
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
634050, Томск, ул. Ленина, 40
Статья поступила в редакцию 15 ноября 2022 г.
Аннотация. В работе представлена оценка устойчивости полевых транзисторов к воздействию электростатического разряда. Она выполнена для двух полевых транзисторов разного типа проводимости, IRFZ46N и IRF4905 SPbF, в разных корпусах ТО-220 и ТО-263, с учётом и без учёта ёмкости посадочного места. Представлены аналитическая и квазистатическая модели посадочных мест корпусов транзисторов и с их помощью выполнен анализ собственных и взаимных ёмкостей с учётом и без учёта слоя припоя. Анализ показал, что слой припоя на электродах транзистора увеличивает ёмкость затвор-исток и сток-исток в 1,7 раза для транзистора IRFZ46N и в 2,2 раза для транзистора IRF4905 SPbF. На основе вычисленных ёмкостей создана схемотехническая модель транзистора, учитывающая корпус и посадочное место со слоем припоя. Приведены схема и модель для оценки устойчивости транзисторов к воздействию электростатического разряда в схемотехническом симуляторе. Анализ результатов моделирования и экспериментов показал, что ёмкость посадочного места с учётом слоя припоя оказывает значительное влияние на пробивное напряжение подзатворного диэлектрика транзистора при воздействии электростатического разряда. Показано, что критичными амплитудами напряжения электростатического разряда для работоспособности транзисторов IRFZ46N в корпусе ТО-220 и IRF4905 SPbF в корпусе ТО-263 с учётом ёмкости посадочного места являются 3,05 и 4,75 кВ, а без учёта эти значения выше на 0,2-0,25 кВ. Сравнение результатов моделирования и эксперимента показало различие не более 2%.
Ключевые слова: электромагнитная совместимость, электростатический разряд, электронные компоненты, транзистор, напряжение пробоя.
Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда проект №19-79-10162.
Автор для переписки: Дроздова Анастасия Александровна, anastasiya.drozdova.00@list.ru
Литература
1. Кечиев Л.Н., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. Москва, Издательский дом «Технологии». 2005. 352 с.
2. Lin N., Liang Y., Wang P. Evolution of ESD process capability in future electronic industry. 15th Int. conf. on electronic packaging technology. Chengdu, China. 2014. Р.1556-1560. https://doi.org/10.1109/ICEPT.2014.6922951
3. Горлов М.И. Статическое электричество и полупроводниковая электроника. Природа. 2006. №12. С.27-36.
4. Xijun Z., Zhancheng W., Xuejun S., Wenwu S. Study on effect experiment of ESD EMP to single chip microcontroller. IEEE Int. Symp. on microwave, antenna, propagation and EMC tech. Beijing. 2005. P.631-634. https://doi.org/10.1109 /MAPE.2005.1617990
5. Алексеев В.Ф., Силков Н.И., Пискун Г.А., Пикулик А.Н. Методика испытания микроконтроллеров на чувствительность к электростатическим разрядам. Электроника, радиофизика, радиотехника, информатика. 2011. №5(59). С.5-11.
6. Горлов М.И., Андреев А.В., Воронцов И.В. Воздействие электростатических зарядов на изделие полупроводниковой электроники и радиоэлектронной аппаратуры. Воронеж, Изд. Воронежского государственного университета. 1997. 160 с.
7. Konstantinov U.A., Pozhidaev E.D., Tumkovskiy S.R. Investigation of electrostatic discharge effect on high-power MOSFET-transistors considering the influence of PCB. Int. seminar on elec. dev. design and prod. (SED). Prague, Czech Republic. 2019. P.1-4. https://doi.org/10.1109/SED.2019.8798468
8. Структуры интегральных МОП-транзисторов [web]. Helpiks. Дата обращения: 11.06.2022. URL: https://helpiks.org/7-69025.html
9. White paper 2: A case for lowering component level CDM ESD specifications and requirements, industry council on ESD target levels. Industry Council on ESD Target Levels Revision 2.0. 2010. 173 p.
10. Константино Ю.А., Горланов Е.С., Пожидаев Е.Д., Тумковский С.Р. Компьютерное моделирование воздействия электростатических разрядов на мощные МОП-транзисторы с учетом влияния ёмкости печатной платы. Системный администратор. 2018. №9 (190). С.84-89.
11. Комнатнов М.Е., Почуев М.И. Предварительный анализ причин аномальной работы автогенератора Пирса. Научно-техническая конференция молодых специалистов ОАО «ИСС». 2014. С.90-92.
12. PackageDetails - TO-220 [web]. Central Semiconductor Corp. Дата обращения: 15.06.2022. URL: https://www.centralsemi.com/PDFS/CASE/TO_220_PD.PDF
13. ТО-263AB [web]. Diodes Incorporated. Дата обращения 15.06.2022. URL: https://www.diodes.com/assets/Package-Files/TO263AB%20(D2PAK).pdf
14. Schneider M.V. Microstrip lines for microwave integrated circuits. Bell Syst. Tech. 1969. V.48. №5. P.1421-1444.
15. Wheeler H.A. Transmission line properties of a strip on a dielectric sheet on a plane. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1977. V.MTT-25. №8. P.631. https://doi.org/10.1109/ TMTT.1965.1125962
16. Левицкий А.С., Балящук Л.И. Расчёт электрической ёмкости конденсаторов с компланарными электродами. Техн. Электродинамика. 2008. №1. С.64-70.
17. Куксенко С.П., Заболоцкий А.М., Мелкозеров А.О. Новые возможности системы моделирования электромагнитной совместимости TALGAT. Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2015. Т.36. №2. С.45-50.
18. Shichman H., Hodges А. Modeling and simulation of insulated-gate field-effect transistor switching circuits. IEEE Journal of solid-state circuits. 1968. V.3. №3. P.285-289. https://doi.org/10.1109/JSSC.1968.1049902
19. LTspice [web]. Analog devices. Дата обращения 1.07.2022. URL: https://www.analog.com/ru/design-center/design-tools-andcalculators/ltspice-simulator.html
20. IRFZ46NPbF [web]. HEXFET Power MOSFET. Дата обращения 25.06.2022. URL: https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IRFZ46N-DataSheet-v01_01-EN.pdf?fileId=5546d462533600a40153563b734b
21. IRF4905SPb [web]. HEXFET Power MOSFET. Дата обращения 25.06.2022. URL: https://alltransistors.com/adv/pdfdatasheet_international_rectifier/irf4905lpbf_irf4905spbf.pdf
22. Модели транзисторов, диодов, микросхем и т.д. [web]. Musatoffcv. Дата обращения 4.07.2022. URL: http://musatoffcv.narod.ru/Libs/Models.htm
23. Yousaf J., Shin J., Lee H., Nah W. Efficient circuit and EM model of electrostatic discharge generator. IEEE Int. symp. on electromagn. сompat. and signal/power integrity (EMCSI). 2017. P.164-168. https://doi.org/10.1109/ISEMC.2017.8077860
24. ГОСТ Р 51317.4.2-2010 (МЭК 61000-4-2:2008). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний. 2010. 26 с.
25. International IOR rectifier, IR Application Note AN-986. ESD Testing of MOS Gated Power Transistors. 1998. 20 p.
Для цитирования:
Дроздова А.А., Николаев И.И., Комнатнов М.Е. Влияние ёмкости посадочного места транзистора на его устойчивость к воздействию электростатического разряда. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.1.12