latch-up描述
芯片上电时序latch up大电流
芯片上电时序latch up大电流一、概述在现代社会中，芯片技术被广泛应用于各个领域，如通信、计算机、电子设备等。
而芯片在运行过程中可能会出现一些问题，比如Latch-up现象。
Latch-up是指芯片在工作时由于某些原因导致出现异常电流，这种异常电流可能对芯片造成严重损坏。
芯片上电时序Latch-up 大电流成为了一个重要的研究课题。
二、芯片上电时序Latch-up大电流的原因1.器件自身结构缺陷芯片中的器件可能存在结构缺陷，比如P-N结区域不良、金属引线焊点不良等，这些缺陷会导致芯片在上电时出现Latch-up现象。
2.工作环境不良芯片在工作时受到电磁干扰、温度变化等环境因素的影响，这些因素可能会导致Latch-up现象的发生。
3.设计缺陷芯片的设计可能存在缺陷，比如电源线路不合理、过电压保护不足等，这些设计缺陷也会导致Latch-up现象的出现。
三、芯片上电时序Latch-up大电流的影响Latch-up现象会使芯片内部出现异常电流，导致芯片的正常工作受到干扰甚至损坏。
而且Latch-up现象还可能会引发芯片周围其他器件的Latch-up现象，进一步扩大了损害范围，因此芯片上电时序Latch-up大电流对芯片的影响是非常严重的。
四、应对策略1.优化芯片设计在设计芯片时应充分考虑芯片在工作时可能遇到的各种环境因素，保证芯片的电路布局合理、电源线路设计完善，避免因设计缺陷导致Latch-up现象的发生。
2.加强工艺控制在制造芯片时应加强工艺控制，保证芯片中器件的质量，避免器件结构缺陷导致Latch-up现象的出现。
3.优化工作环境对芯片的工作环境进行优化，保证芯片在工作时受到最小的电磁干扰、温度变化等环境因素的影响，降低Latch-up现象发生的可能性。
五、结论芯片上电时序Latch-up大电流是一个复杂的问题，它涉及到芯片本身的结构、工作环境、设计等多个方面。
只有综合考虑这些因素，并在芯片设计、制造、工作过程中采取有效的措施，才能有效地避免Latch-up现象的发生，保障芯片的正常工作和稳定运行。
闩锁效应原理
闩锁效应原理闩锁效应（Latch-up）是CMOS集成电路中一个重要的问题，这种问题会导致芯片功能的混乱或者电路直接无法工作甚至烧毁。
简介编辑播报闩锁效应是CMOS工艺所特有的寄生效应，严重会导致电路的失效，甚至烧毁芯片。
闩锁效应是由NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的有源区构成的n-p-n-p结构产生的，当其中一个三极管正偏时，就会构成正反馈形成闩锁。
避免闩锁的方法就是要减小衬底和N阱的寄生电阻，使寄生的三极管不会处于正偏状态。
静电是一种看不见的破坏力，会对电子元器件产生影响。
ESD 和相关的电压瞬变都会引起闩锁效应（latch-up），是半导体器件失效的主要原因之一。
如果有一个强电场施加在器件结构中的氧化物薄膜上，则该氧化物薄膜就会因介质击穿而损坏。
很细的金属化迹线会由于大电流而损坏，并会由于浪涌电流造成的过热而形成开路。
这就是所谓的“闩锁效应”。
在闩锁情况下，器件在电源与地之间形成短路，造成大电流、EOS（电过载）和器件损坏。
MOS工艺含有许多内在的双极型晶体管。
在CMOS工艺下，阱与衬底结合会导致寄生的n-p-n-p结构。
这些结构会导致VDD和VSS线的短路，从而通常会破坏芯片，或者引起系统错误。
可以通过提供大量的阱和衬底接触来避免闩锁效应。
闩锁效应在早期的CMOS工艺中很重要。
不过，现在已经不再是个问题了。
在近些年，工艺的改进和设计的优化已经消除了闩锁的危险。
[1] 原理分析编辑播报Q1为一垂直式PNP BJT, 基极(base)是nwell, 基极到集电极(collector)的增益可达数百倍；Q2是一侧面式的NPN BJT，基极为P substrate，到集电极的增益可达数十倍；Rwell是nwell的寄生电阻；Rsub是substrate电阻。
原理示意图原理示意图以上四元件构成可控硅（SCR）电路，当无外界干扰未引起触发时，两个BJT处于截止状态，集电极电流是C-B的反向漏电流构成，电流增益非常小，此时Latch up不会产生。
闩锁效应latch up
闩锁效应（latch up）闩锁效应（latch up）是CMOS必须注意的现象，latch我认为解释为回路更合适，大家以后看到latch up就联想到在NMOS与PMOS里面的回路，其实你就懂了一半了.为什么它这么重要？因为它会导致整个芯片的失效，所以latch up是QUAL测试的一种，并且与ESD（静电防护）紧密相关。
第一部分 latch up的原理我用一句最简单的话来概括，大家只要记住这句话就行了：latch－up是PNPN的连接，本质是两个寄生双载子transisitor的连接，每一个transistor的基极（base）与集极（collector）相连，也可以反过来说，每一个transistor的集极（collector）与另一个transistor的基极（base）相连，形成positive feedback loop（正回馈回路）,下面我分别解释。
我们先复习什么是npn，如图1，在n端加正偏压，np之间的势垒就会降低，n端电子为主要载流子，于是电子就很开心地跑到p,其中有一部分电子跑得太开心了，中间的p又不够厚，于是就到pn的交界处，这时右边的n端是逆偏压，于是就很容易就过去了。
所以，左边的n为射极（emmiter，发射电子），中间P为基极（base），右边n为集极(collector,收集电子嘛）理解了npn，那么pnp就好办，如图2。
图2清楚的表示了latch up的回路。
左边是npn，右边是pnp，图3是电路示意图。
大家可以看出，P－sub既是npn的基极，又是pnp的集极；n－well既是既是pnp的基极，又是npn的集极，所以说，每一个transistor的集极（collector）与另一个transistor的基极（base）相连。
那么电流怎么走呢？比如在P＋加5V-->电洞被从P＋推到N well-->越过n well再到p sub-->这个时候，大家注意，电洞有两条路可走，一是跑到NMOS的N＋，二是跑到旁边的Nwell，nwell比n＋深，当然更好去，所以电洞又回去了。
ESD,Latch-up测试 介绍
*ESDA DS5.3.2 (草案) 美國靜電協會
2. 非插座式器件充電模型 CDM (Non-Socketed CDM)
*ESDA STM5.3.1美國靜電協會 *JEDEC EIA/JESD22-C101-B
電子工業協會
*AEC-Q100-011-REV-A 汽車電子協會
ESD的一般要求 *HBM: >=2kV (軍標亦要求>2kV) *MM: >=200V *CDM: >=700V~1000V
ESD Design Window
Pin Combination in HBM/MM ESD Testing
判定等级
受ESD影响现像
A
测试过程功能完全正常,不受影响
B
功能暂时性受影响,但可自动回复
C
功能受ESD影响出现异常, 须人为重置或重开机排除.
D
重开机功能也不能回复, 已损坏.
IEC 61000-4-2 ESD测试判定等级
结果 合格 合格 不合格 不合格
ESD/Latch-Up 2. IC ESD Test
ESD/Latch-Up
1. 电子产品ESD测试介绍
* 整机产品ESD Test (System ESD Test)
a). Contact Discharge b). Air Discharge
* IC ESD Test
a). HBM-Human Body Model b). MM-Machine Model c). CDM-Charged Device Model
電子工業協會
*AEC-Q100-002-REV-C 汽車電子協會
latch up原理
latch up原理Latch-Up原理。
Latch-Up是指在CMOS电路中由于PNP和NPN晶体管的基极和集电极之间的相互耦合而导致的一种电路失效现象。
当CMOS电路中的某些条件满足时，会导致PNP和NPN晶体管同时导通，形成一个正反馈回路，导致电路失效。
在本文中，我们将详细介绍Latch-Up原理及其防护措施。
Latch-Up的原理是由于CMOS电路中的PNP和NPN晶体管之间的相互耦合。
当CMOS电路中的两个晶体管之间的电压差超过一定阈值时，会导致PNP晶体管和NPN晶体管同时导通，形成一个正反馈回路。
由于这个正反馈回路的存在，一旦触发Latch-Up现象，电路将失去控制，导致电路失效。
Latch-Up现象会导致CMOS电路的性能下降甚至损坏，因此需要采取一定的防护措施。
首先，可以通过合理设计电路结构来减小PNP和NPN晶体管之间的耦合，减小Latch-Up的可能性。
其次，可以在电路中引入Latch-Up保护电路，如在电路中加入Latch-Up保护二极管来限制PNP和NPN晶体管之间的电压差，从而防止Latch-Up现象的发生。
此外，合理选择工艺和材料也可以减小Latch-Up的发生概率，如采用深亚微米工艺和抗辐射材料。
总之，Latch-Up是CMOS电路中常见的一种失效现象，其原理是由于PNP和NPN晶体管之间的相互耦合导致的。
为了防止Latch-Up现象的发生，我们可以通过合理设计电路结构、引入Latch-Up保护电路以及选择合适的工艺和材料来减小Latch-Up的可能性。
希望本文能够对Latch-Up原理有所了解，并为电路设计和应用提供一定的参考价值。
latch up原理
latch up原理
Latch up原理也被称为“瞬间自锁”，是电路设计和测试中需要特别
注意的一种现象。
简单地说，Latch up是指由于某些原因，一个双极
晶体管（BJT）或MOSFET绝缘体（MOSFET），在其电路中形成一
个临时短路，从而导致器件失效或被损坏。
Latch up现象通常在集成电路中出现，尤其在高密度集成电路中更为
常见。
在模拟电路中，Latch up现象可能会导致噪音增加，失真增加，甚至一些器件被完全烧毁。
因此，Latch up问题对于电路设计师和测
试人员来说是一种常见的故障。
Latch up的原因是多方面的。
通常情况下，它是由于IC中存在两个或多个PN结，以及多种原因所引起的。
例如，设备的工作情况和晶体
管中的电源电压和电流都会影响此现象的出现概率。
超过器件设计的
最大电流和电压也会导致Latch up，此时晶体管就会像一个快速的电
子开关而不是一个灵敏的控制器。
为了避免Latch up的问题发生，电路设计师需要在设计中考虑PN结的位置和数量，并使用合适的工艺方法来降低PN结的电压容限。
此外，还建议通过在PCB上放置解决这一问题的集成电路，使用具有专业化的工具来测试电路，并遵循厂商发布的规定修订。
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总之，Latch up是电路设计中需要特别注意和避免的问题。
在设计和测试过程中，通过精确计算和适当的方法来避免Latch up可能发生的影响，可以降低电路故障和失效的概率，从而提高设备的稳定性和可靠性。
latch up原理
latch up原理
latch up是指在集成电路中出现的一种不可逆转的失效状态，
该状态可能会导致电路的损坏。
当一个电路被连入一个能够提供电流的电源时，如果发生latch up，电路中的二极管或晶体
管将失去对输入电压的控制，从而导致电路中的电流迅速增大，最终可能会引起电压降和电流增加，从而损坏电路。
latch up的发生通常涉及到PN结中的电流增益效应。
PN结是
半导体器件中的一个常见结构，在正向偏置下，电子会从n区域注入到p区域中，形成电流。
而在反向偏置下，接近PN结
的区域的电子会移动到p区域中，同时空穴会移动到n区域中，这会导致电流增大。
正常情况下，这种电流增益效应不会引起严重的问题。
然而，当一些特殊条件下，这种电流增益效应可能会被放大，导致latch up的发生。
当输入电压超过某个边界值时，可能会
触发PN结中的电流增益效应，进而引发latch up。
一旦latch up发生，电路中的电流将极大增加，超过了正常工作范围，
可能会导致电路元件的烧毁。
为了预防latch up的发生，可以采取一系列措施。
例如，可以
通过设计时避免过高的功率和过大的电流，采用合适的材料和工艺以降低PN结的电流增益效应，或者使用特殊的结构设计
来防止latch up的发生。
总结来说，latch up是一种集成电路中的失效状态，它可能导
致电路损坏。
它的发生与PN结中的电流增益效应有关，通过合适的设计措施可以预防latch up的发生。
latch up 原理
latch up 原理latch up是一种常见的电路现象，特别是在模拟电路中，它会导致电路性能的恶化，甚至可能导致电路的崩溃。
本文将介绍latch up 的原理、现象、危害以及预防措施。
latch up是由于电路中的晶体管或其他电子元件在特定电压下导通，形成了一个或多个连续的电子通道，导致电路中的其他元件无法正常工作。
通常，latch up的产生需要两个条件：一是电路中存在连续的电流通路；二是电路中的电压达到特定值，使得电子在通道中的传输速度超过信号的传播速度。
latch up发生后，电路的性能会受到严重影响。
首先，latch up 会导致电路的延迟增加，从而影响电路的工作频率。
其次，latch up 还会导致电路的噪声容限降低，使得电路对噪声的敏感度增加。
此外，latch up还会导致电路的功耗增加，从而影响电路的散热性能。
latch up不仅会影响电路的性能，还可能导致电路的崩溃。
当latch up持续存在时，它会不断消耗电路中的电源和地电平，导致电源和地之间的电压波动，从而影响电路中的其他元件。
此外，latch up 还可能导致电路中的其他电子元件过热，从而引发火灾等安全问题。
四、预防措施为了防止latch up的发生，我们可以采取以下措施：1. 优化电路设计：在电路设计中，应避免使用连续的电流通路，避免使用高电压和高电流的工作模式。
同时，应合理分配电源和地的位置，以减少电源和地之间的干扰。
2. 使用抗latch up材料：在选择电子元件时，应选择具有抗latch up特性的材料，如低导通电压、低导通电阻的晶体管等。
3. 增加去耦电容：在电路中增加去耦电容可以减少电源和地之间的干扰，从而减少latch up的发生。
4. 调试和测试：在电路调试和测试过程中，应使用示波器等工具监测电路中的电压和电流变化，及时发现和处理latch up问题。
总之，latch up是一种常见的电路现象，它会导致电路性能的恶化，甚至可能导致电路的崩溃。
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Latch up：即闩锁效应，又称自锁效应、闸流效应，它是由寄生晶体管引起的，属于CMOS电路的缺点。
通常在电路设计和工艺制作中加以防止和限制。
该效应会在低电压下导致大电流，这不仅能造成电路功能的混乱，而且还会使电源和地线间短路，引起芯片的永久性损坏。
防止：在集成电路工艺中采用足够多的衬底接触。
Latch up 的定义
Latch up 最易产生在易受外部干扰的I/O电路处, 也偶尔
发生在内部电路
Latch up 是指cmos晶片中, 在电源power VDD和地线
GND(VSS)之间由于寄生的PNP和NPN双极性BJT相互
影响而产生的一低阻抗通路, 它的存在会使VDD和
GND之间产生大电流
随着IC制造工艺的发展, 封装密度和集成度越来越高,
产生Latch up的可能性会越来越大
Latch up 产生的过度电流量可能会使芯片产生永久性的
破坏, Latch up 的防范是IC Layout 的最重要措施之一
Latch up 的原理图分析
Latch up 的原理分析Q1为一垂直式PNP BJT, 基极(base)是nwell, 基极到集电极(collector)的增益可达数百倍；Q2是一侧面式的
NPN BJT，基极为P substrate，到集电极的增益可达数
十倍；Rwell是nwell的寄生电阻；Rsub是substrate电
阻。
以上四元件构成可控硅（SCR）电路，当无外界干
扰未引起触发时，两个BJT处于截止状态，集电极电流
是C-B的反向漏电流构成，电流增益非常小，此时
Latch up不会产生。
当其中一个BJT的集电极电流受外
部干扰突然增加到一定值时，会反馈至另一个BJT，从
而使两个BJT因触发而导通，VDD至GND（VSS）间
形成低抗通路，Latch up由此而产生。
CMOS电路中的寄生双极型晶体管部分出现闩锁，必须满足以下几个条件：(1) 电路要能进行开关转换,其相关的PNPN结构的回路增益必须大于1
即βnpn*βpnp >1，在最近的研究中,把闩锁产生的条件用寄生双极晶体管的有效注入效率和小信号电流增益来表达。
即
(2) 必须存在一种偏置条件，使两只双极型晶体管导通的时间足够长，以使通过阻塞结的电流能达到定义的开关转换电流的水平。
一般来说，双极管的导通都是由流过一个或两个发射极/基极旁路电阻的外部激发电流所引起的。
(3) 偏置电源和有关的电路，必须能够提供至少等于PNPN结构脱离阻塞态所需开关转换电流和必须能提供至少等于使其达到闩锁态的保持电流。
闩锁的触发方式：
(1) 输入或输出节点的上冲或下冲的触发，使第一个双极型晶体管导通，然后再使第二个双极型晶体管导通。
当流入寄生PNPN结构的总电流达到开关转换电流时，闩锁就发生。
(2) 当流过阱-衬底结的雪崩电流，光电流及位移电流，，同时通过两个旁路
电阻RW，RS时，旁路电阻较大的晶体管先导通。
然而要使闩锁发生，第二个双极型晶体管必须导通。
同时通过PNPN结构的总电流必须达到开关转换电流。
(3) 当出现穿通,场穿通时，低阻通路一般发生在电源和地线之间，或者发
生在电源和衬底发生器之间。
在源-漏发生雪崩击穿的情况下，低阻通路发生在电源和信号线之间，或者发生在信号线和衬底发生器之间。
这些来源于穿通，场穿通或漏结雪崩的电流，一旦PNPN结构的电流达到用取消被激发晶体管旁路电阻形成的三极管结构计算的开关转换电流时，至少会发生瞬时闩锁，若总电流也能达到四极管结构开关转换电流，即闩锁将维持下去。
闩锁的防止技术：
体硅CMOS中的闩锁效应起因于寄生NPN和PNP双极晶体管形成的PNPN 结构，若能使两只晶体管的小信号电流增益之和小于1，闩锁就可防止。
一是将双极型晶体管的特性破坏掉，即通过改进CMOS制造工艺，用减少载流子运输或注入的方法来达到破坏双极型晶体管作用的目的，例如，掺金，中子辐射形成基区阻碍电场以及形成肖特基源/漏势垒等。
二是将两个双极型晶体管间的耦合去掉，即防止一只双极管导通另一只双极管，这可通过版图设计和工艺技术来实现。
版图设计去耦技术包括：
版图级抗闩锁措施：
(1) 加粗电源线和地线,合理布局电源接触孔,减小横向电流密度和串联电阻. 采用接衬底的环形VDD电源线,并尽可能将衬底背面接VDD.增加电源VDD 和VSS接触孔,并加大接触面积.对每一个接VDD的孔都要在相邻的阱中配以对应的VSS接触孔,以便增加并行的电流通路.尽量使VDD和VSS的接触孔的长边相互平行.接VDD的孔尽可能安排得离阱远些.接VSS的孔尽可能安排在p阱的所有边上.
(2) 加多子保护环或少子保护环。
其中多子保护环主要可以减少RS和RW；少子环可以预先收集少子，减小横向三极管的β值，从而到达减小闩锁效应的目的。
工艺级抗闩锁措施：
(1) 降低少数载流子的寿命可以减少寄生双极型晶体管的电流增益，一般使
用金掺杂或中子辐射技术，但此方法不易控制且也会导致漏电流的增加。
(2) 倒转阱技术，可以减小寄生三极管的阱电阻，防止寄生三极管EB结导通。
倒转阱如下图所示：
(3) 另一种减少闩锁效应的方法，是将器件制作于重掺杂衬底上的低掺杂外
延层中。
重掺杂衬底提供一个收集电流的高传导路径，降低了RS，若在阱中加入重掺杂的p+埋层(或倒转阱)，又可降低RW。
实验证明,此方法制造的CMOS 电路有很高的抗闩锁能力。
(4) 闩锁亦可通过沟槽隔离结构来加以避开。
在此技术中，利用非等向反应
离子溅射刻蚀，刻蚀出一个比阱还要深的隔离沟槽。
接着在沟槽的底部和侧壁上生长一热氧化层，然后淀积多晶硅或二氧化硅，以将沟槽填满。
因为n沟道与p沟道MOSFET被沟槽所隔开，所以此种方法可以消除闩锁。
以上措施都是对传统CMOS工艺技术的改造，更先进的工艺技术如
SOI(Silicon on Insulator)等能从根本上来消除闩锁产生，但工艺技术相对来讲要复杂一些。
电路应用级抗闩锁措施：
(1) 要特别注意电源跳动。
防止电感元件的反向感应电动势或电网噪声窜入CMOS电路，引起CMOS电路瞬时击穿而触发闩锁效应.因此在电源线较长的地方,要注意电源退耦，此外还要注意对电火花箝位。
(2) 防止寄生晶体管的EB结正偏。
输入信号不得超过电源电压，如果超过这个范围，应加限流电阻。
因为输入信号一旦超过电源电压,就可能使EB结正偏而使电路发生闩锁。
输出端不宜接大电容,一般应小于0.01uF.
(3) 电流限制。
CMOS的功耗很低,所以在设计CMOS系统的电源时，系统实际需要多少电流就供给它多少电流，电源的输出电流能力不要太大。
从寄生可控硅的击穿特性中可以看出，如果电源电流小于可控硅的维持电流，那么即使寄生可控硅有触发的机会，也不能维持闩锁，可通过加限流电阻来达到抑制闩锁的目的。
综上所述,CMOS电路具有其它电路无法比拟的低功耗的优点，是在ULSI领域最有前途的电路结构。
但传统CMOS电路的工艺技术会产生与生俱来的闩锁效应(当然必须满足闩锁形成的三个条件)，从而限制了它的应用。
一般可以从版图设计，工艺过程及电路应用等方面采取各种技术措施，尽可能地避免，降低或消除闩锁的形成，从而为CMOS电路的广泛应用奠定基础。
版图设计时，要尽量降低电路密度，衬底和阱的串联电阻，伪收集极的引入，可以切断形成闩锁的回路。
设计工艺时，可以采用适量的金掺杂，深阱，高能离子注入形成倒转阱，低阻外延技术等来降低寄生晶体管的电流增益和串联电阻；沟槽隔离基本上可以完全切断形成闩锁的回路；更先进的SOI技术可以完全消除闩锁的形成。
电路应用时,要尽量避免噪声的引入，附加限流电阻等措施。
防止闩锁效应方法的发展
掺金，中子辐照（会增加泄漏电流和影响成品率）——》介质隔离（增加成本）——》优化版图措施（多子或少子保护环，电源与地线布线技术）——》重掺杂衬底外延加重掺杂掩埋层技术。