集成電路電浪涌的產(chǎn)生和預(yù)防

器件在使用過(guò)程中最常見的失效模式之一就是電浪涌引起的電過(guò)載（EOS)損傷或燒毀。下面簡(jiǎn)聊下集成電路電浪涌的產(chǎn)生和預(yù)防。

1.什么是電浪涌（電過(guò)載EOS）

電源電網(wǎng)的波動(dòng)，電路狀態(tài)的變化，外來(lái)干擾信號(hào)的饋入以及旁鄰元器件的失效，都會(huì)在電路中產(chǎn)生峰值很高的電流或電壓脈沖，稱為電浪涌（電過(guò)載EOS），電浪涌會(huì)使器件瞬間工作在超過(guò)最大額定值的狀態(tài)下。電浪涌的平均功率很小，但瞬時(shí)功率很大，足以引起器件失效。有時(shí)較低功率的浪涌也會(huì)引起器件自激或CMOS電路閂鎖效應(yīng)而導(dǎo)致失效。電浪涌引起的失效占集成電路使用失效的50%以上。

2.電浪涌與靜電的區(qū)別

靜電和電浪涌的區(qū)別在于靜電是電壓高而能量小，而浪涌能量較大，所以靜電失效的電路表面看不到失效點(diǎn)，功耗并不超標(biāo)。而電浪涌損傷往往在開帽鏡檢時(shí)可以看到，往往伴隨著功耗的增加。

異常電應(yīng)力燒毀一個(gè)器件，靠的不是器件感受到多少電壓，而是該電應(yīng)力在器件上產(chǎn)生了多少焦耳的熱能。就好比說(shuō)，一個(gè)人站在幾十千伏高壓輸電線下沒事，而用手摸220V交流電就有事是一個(gè)道理。

焦耳定律：流過(guò)純阻性負(fù)載上產(chǎn)生的熱能：

Q=W=Uit=U2/R×t

若R=5Ω，U1=1000V（靜電），t1=1us(靜電)，則靜電在半導(dǎo)體上產(chǎn)生的熱能為：

Q1=10002V/5Ω×1uS=200 毫焦耳

若R=5Ω，U2=50V（電浪涌），t2=100ms（電浪涌）,則電浪涌在半導(dǎo)體結(jié)上產(chǎn)生的熱能為：

Q2=502V/5Ω×100mS=50 焦耳

3.電路中產(chǎn)生電浪涌的原因

（a）電容負(fù)載接通時(shí)產(chǎn)生浪涌電流。開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載時(shí)，當(dāng)電路中有電壓突變時(shí)，由于電容上電壓不能突變，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)為電容充電的瞬間電流。其大小為

例如一個(gè)穩(wěn)壓器，輸出端接一個(gè)大電容，輸入端沒有接電容。在加電的瞬間，就會(huì)產(chǎn)生非常大的電流，將穩(wěn)壓器燒毀。

（b）電感負(fù)載關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生浪涌電壓。當(dāng)電路由開態(tài)向關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，由于電感上的電流不能突變，在電感上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻止電流變化的浪涌電壓。其大小為

。

（c）當(dāng)電路中使用輸入或輸出變壓器時(shí)，在輸入變壓器初級(jí)或輸出變壓器次級(jí)開路狀態(tài)下，會(huì)感應(yīng)很高的電壓，導(dǎo)致電路輸入級(jí)或輸出級(jí)損傷。

（d）電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，特別是突然的停電和來(lái)電，也會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電壓和浪涌電流。

（e）由于接線錯(cuò)誤或操作失誤，如加電順序錯(cuò)誤導(dǎo)致電路中某些晶體管正向擊穿或反相擊穿，不但晶體管特性變壞，還會(huì)引起浪涌電流。

（f）數(shù)字電路翻轉(zhuǎn)可產(chǎn)生浪涌電流。數(shù)字電路的翻轉(zhuǎn)過(guò)程往往是部分晶體管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止，而另一部分晶體管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶體管都有相應(yīng)的開關(guān)時(shí)間，即存儲(chǔ)電荷的充放電時(shí)間，翻轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩部分晶體管同時(shí)導(dǎo)通，就在電路中形成了浪涌電流。

4.電浪涌的預(yù)防

（a）正確的使用集成電路，包括正確連接、加電順序、斷電順序、試驗(yàn)程序、操作方法等。認(rèn)真檢查外圍電子元器件，防止外圍電子元器件失效導(dǎo)致浪涌產(chǎn)生。

（b）對(duì)于產(chǎn)生浪涌電流的電路，原則上串入適當(dāng)?shù)碾姼谢?a target="_blank">電阻來(lái)加以消除。

（c）對(duì)于產(chǎn)生浪涌電壓的電路，原則上并聯(lián)一個(gè)電阻，或一個(gè)二極管（電壓浪涌發(fā)生時(shí)二極管應(yīng)導(dǎo)通）來(lái)加以消除。

（d）設(shè)計(jì)中按集成電路使用說(shuō)明書進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，該使用的元器件一定不要少，如消振電容、電源濾波電容等。

（e）避免輸入變壓器初級(jí)和輸出變壓器次級(jí)開路，必要時(shí)，可并聯(lián)一個(gè)電阻或電容。