ldo芯片耐压特性的失效分析及优化分析

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1、目录第一章绪论11.1背景介绍11.1.1电源管理芯片概述11.1.2LDO芯片的发展和现状21.2本论文的选题依据与研究内容3第二章LDO芯片的理论基础和制作工艺42丄电路原理42.2性能参数52.2.1压差62.2.2静态电流62.2.3转换效率72.2.4线性调整率72.2.5电源抑制比82.2.6负载调整率82.2.7瞬态响应92.3工艺流程102.3.1器件区域的规划及隔离102.3.2元器件的生成112.3.3器件连接工艺12第三章LDO芯片耐压特性的失效分析及优化方案153.1耐压特性的测试方法153.2失效分析的方法163.2.1微光显微镜163.2.2激光束诱导电阻率

2、变化测试183.2.3电子显微镜183.2.4聚焦离子束193.3耐压特性的失效分析和优化方案193.3.1失效点的确认203.3.2失效模式分析及优化方案223.4本章小结27第四章耐压特性优化方案的可靠性评估284.1可靠性评估的方法284丄.1产品可靠性294.1.2工艺可靠性334.2优化方案的评估354.2.1抗静电能力的评估354.2.2P阱工艺变更的评估364.2.2.1HCI评估的方法36422.2P阱工艺变更前HCI的评估394.2.23P阱工艺变更后HCI的评估454.3本章小结51第五章总结与展望52参考文献54发表论文和参加科研情况说明57致谢58第一章绪论1.

3、1背景介绍1.1.1电源管理芯片概述电源的管理与控制是电子系统设计中最基础也是最尖键的环节，而这种对电源的管控主要是通过电源管理芯片来实现的。电源管理集成电路(PowerManagementIntegratedCircuits•以下简称为PMIC)，又称为电源芯片、电源管理芯片、控制芯片或功率芯片-它在电子设备系统中担负着对电能的变换、分配、检测以及其他电能管理的职责。上世纪中期，随着半导体器件等学科的逐渐确立•一些结构和功能较为简单的以分离功率器件为主的开尖电源相继问世；上世纪后期・随着计算机产业的兴起，各种电子设备的功能愈加复杂，对于开尖电源的要求也更高•因此PMIC的概念被提出；

4、从上世纪九十年代开始，便携式智能终端电子设备广泛应用于个人和家庭・PMIC的需求量猛增，无论是其芯片设计还是制造封装工艺都得到突飞猛进的发展【1】。PMIC的种类非常繁多，按照不同的分类方法，可将其划分为不同类别。例如，按工作原理，可将其分为线性稳压器与开尖式电压转换器；按芯片管脚连接方式•可将其分为三端式与多端式集成电压转换器；按制造工艺•可将其分为半导体、薄膜混合及厚膜混合集成电压转换器等⑵。总体来讲，大致可将PMIC分为以下这七大类：(1)AC/DC，DC/DC调制芯片；(2)线性电压调制芯片，如低压降输出稳压器(LowDropoutRegulator，LDO)等；(3)脉宽调制

5、(PulseWidthModulation•PWM)或脉幅调制(PulseFrequencyModulation•PFM)控制芯片;(4)功率因数控制预调制芯片(PowerFactorCorrection•PFC);(5)热插拔控制芯片；(6)便携式电池的充电和管理芯片；(7)用于金氧半场效晶体管(Metal・Oxide・Semiconducto「Field-EffectTransistor•MOSFET)或绝缘柵双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor•IGBT)的驱动芯片。不同类型的PMIC各有优劣，在实际应用中，需要根据特定负载需求来选择不同的电

6、源管理方案。PMIC应用非常广泛，随着电子信息技术高速发展，手机、笔记本/平板电脑、数码相机等便携式电子产品得到迅速发展，而几乎所有这些电子产品均涉及PMIC的应用⑶。由于下游电子产品的产量始终处于高速增长态势，我国的PMIC市场也随之呈现快速增长趋势。因此，如何实现对PMIC优化控制、提高效能、减小功耗、缩减面积和降低成本*将成为未来相尖研究领域的重要课题。1.1.2LDO芯片的发展和现状LDO是一种低压差线性稳压器・因其具有结构简单、响应速度快、噪声低等优点⑷，是PMIC中比较常用的一种。早期的LDO使用PNP或NPN三极管作为功率晶体管・虽然这种双极工艺的LDO具有速度快、噪声低

7、等优点，但由于三极管的静态电流和负载电流成正比，静态电流会随负载电流的增大而变大•使得LDO效率大为降低，且不利于延长电池寿命。后来，隨着技术的发展和CMOS工艺的进步与完善，LDO使用MOS管作为功率管，原因是LDO转换效率很高，且CMOS!艺使其方便与其他功能电路进行单片集成。2013年，意法半导体公司研制出了一款基于0.13pmCMOS工艺平台的脉频调制PMIC•采用了系统级芯片(SystemOnChip，SOC)设计方式，其实际转换效率