Richi´s Lab

 

Überlastung integrierter Schaltkreise

 

kleine Hochspannungsversorgung Heinzinger

Für den folgenden Versuch wurde das gleiche 20kV-Netzteil verwendet wie bei den Hochspannungsexperimenten mit Leuchtdioden und EPROMs.

Mit diesem Netzteil lässt sich gut zeigen welche Schäden ESD-Impulse in integrierten Schaltrkeisen erzeugen können.
Es ist dabei natürlich anzumerken, dass die Entladung der im Netzteil enthaltenen Kaskade im Gegensatz zu einem ordentlichen ESD-Test relativ undefiniert ist.

 

LF355 Die

Hier ist der Eingangsbereich eines LF355-Operationsverstärkers zu sehen.
An der linken Kante befinden sich die J-FET-Eingangstransistoren. Es handelt sich um die gleichmäßig strukturierten Rechtecke, von denen nur das untere vollständig abgebildet ist.

 

LF355 Die EOS High Voltage

Nach mehreren Entladungen auf den unteren Eingangstransistor zeigt sich folgendes Bild.
Das Bezugspotential war das negative Versorgungspotential.

 

LF355 Die EOS High Voltage

Die metallene Zuleitung des Eingangspotentials besitzt mehrere relativ spitze Geometrien, an denen das elektrische Feld entsprechend hoch ist und daher bevorzugt ein Überschlag stattfindet.

 

LF355 Die EOS High Voltage

Am Bondpad des negativen Versorgungspotentials zeigen sich weitere Schäden, wo sich der Stromkreis geschlossen hat.

 

 

LF355 Die EOS overcurrent      LF355 Die EOS overcurrent

Im Gegensatz zu den relativ energiearmen Entladungen der Hochspannungsquelle zeigt sich bei einer massiven Überlastung ein anderes Schadensbild.
In diesem Fall wurde mit einem robusten Labornetzteil 80V zwischen dem unteren Eingang und dem negativen Versorgungspotential angelegt. Sollte der Eingangstransistor nicht bereits durch den vorherigen Test leitend gewesen sein, so reichten die 80V aus, um die Sperrschicht des J-FET durchbrechen zu lassen.

 Der Bonddraht ist beim Anlegen der Spannung verdampft, ebenso die Zuleitung zwischen Bondpad und Eingangstransistor.
Am ersten Gatekontakt entstand durch die hohe Energiemenge ein regelrechter Krater.

Es ist davon auszugehen, dass am pn-Übergang des J-FET eine relativ hohe Spannung und damit auch eine hohe Verlustleistung abfiel, weswegen dort die größten Zerstörungen zu sehen sind.
Durch die sich ausbreitenden Schäden verblieb das Verlustleistungsmaximum höchstwahrscheinlich an dieser Stelle und führte zu einem fortschreitenden Verdampfen der Aluminiumleitung zwischen Bondpad und Eingangstransistor.
Entweder förderte die lokale Hitzeentwicklung dann das Verdampfen des Bonddrahtes oder es war schlicht Zufall, dass dieser Bonddraht durchbrannte und nicht der Bonddraht des negativen Versorgungspotentials.

 

LF355 Die EOS overcurrent      LF355 Die EOS overcurrent

Bei genauerer Betrachtung ist um den Krater gut das aufgeschmolzene Material zu erkennen.
Der Krater besitzt zumindest an der Oberseite einen erstaunlich runde Form.

 

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