高压隔离技术如何工作 - 电容结构

大家好。

我是 Tom Bonifield，

德州仪器 (TI) 的 高电压隔离技术

专家。

我们现在在 TI 的 一个高电压实验室内。

本视频是 高电压增强型隔离

质量和可靠性 视频系列的

一部分。

本视频介绍的是 高电压隔离结构

本身。

德州仪器 (TI) 的 增强型隔离技术

是通过将厚二氧化硅 电容器组合串联

实现的。

每个通道均在两个 裸片上采用了高电压

隔离电容器。

在左上角的 剖面原理图中，

您可以看到， 左右两侧各有

一个裸片， 且它们都有

一个高电压电容器。

而且它们是串联的。

隔离电容器 组合厚度

大于 21 微米。

数据在传输过程中 会穿过该隔离层，

如右上角的 原理图所示。

信号传入、接受 调制、穿过差分

电容器对的 隔离层、解调，

然后传出。

数字隔离器、 隔离链路、

模数转换器、 隔离放大器和

隔离栅极驱动器中 均使用了这一隔离

通信路径。

此结构可实现 非常高的隔离能力，

包括 12.8kV 额定浪涌电压、

8kV 峰值瞬态过压 和 1.5kV RMS 工作电压。

下面，让我们来 深入了解一下该结构。

我们将会从上层开始。

在 16 引脚 SOIC 封装的 X 射线 图像中，大家会看到什么。

这是一个宽体封装， 从图片的顶部到底部，

或者我们通常 所说的从左到右，

该封装具有 8 毫米的

爬电距离和间隙。

在封装内部， 两个裸片垫之间

有一个较大的 内部间隙，

该间隙超过了 600 微米。

您可以看到，每个 裸片都有高电压电容器。

这是一个 三通道隔离器，

每侧均有 六个电容器。

下面，我们来深入 了解一下隔离电容器。

增强型隔离层由两个 高电压电容器组成，

这两个电容器 分别位于两个彼此

串联的裸片上。

每个电容器均为 厚二氧化硅电容器

电介质。

该电解质 由多层组成。

每一层都是集成电路的 典型构建方式，行业内每年

都会有数十亿的集成 电路采用该构建方式。

每一层都是 使用化学气相

沉积工艺 沉积的二氧化硅。

化学气相沉积是 用于形成二氧化硅

薄膜的原子 分子沉积工艺。

在其它层上 添加第二层之前，

我们会使用化学机械抛光平面化 工艺对第一层进行抛光，

从而使两层之间 能够较好的粘合。

最终可得到非常厚的 二氧化硅电容器，

总体厚度 超过 10.5 微米，

从而实现 高隔离电压能力。

测试这一性能的最佳 测试之一是击穿电压测试，

或者叫缓升至击穿电压测试。

在该测试中， 会从左侧至

右侧施加 高交流电压。

该电压会以 每秒 1kV RMS 的

速率递增， 直至发生击穿。

在发生击穿时， 记录下击穿电压。

在大量器件上 重复该过程。

通过对这些 器件的统计分析，

我们可以评估 该技术相对于

额定值的表现效果。

在此直方图中， 是我们对来自

113 个批次的 1,130 个 器件进行缓升至击穿电压测试

所得到的数据。

您会看到， 平均击穿

电压高于 14kV RMS。

这要比额定隔离 电压 5.7kV RMS 高得多。

一种较好的用于判断 该性能高出了多少的

方法是 CPK 指标。

CPK 为 1 表示该数据 高于隔离要求

3 sigma。

CPK 为 2 表示该数据 高于隔离额定值

6 sigma。

您可以看到，该数据集中 具有大于 6 的 CPK。

该 CPK 是在生产 测试条件下测得的，

比隔离额定值高 20%。

该数据表明，器件具有 非常高的电压隔离能力。

总之，TI 的增强型 隔离产品系列

具有超出 增强型隔离要求的

高电压能力。

我们使用统计 测试方法，通过

实质性的裕度 证明了这些产品的

高电压隔离质量。

有关详细信息， 请访问 ti.com/isolation，

寻找介绍出色高电压 信号隔离质量和可靠性的

白皮书。

谢谢。

大家好。

我是 Tom Bonifield，

德州仪器 (TI) 的 高电压隔离技术

专家。

我们现在在 TI 的 一个高电压实验室内。

本视频是 高电压增强型隔离

质量和可靠性 视频系列的

一部分。

本视频介绍的是 高电压隔离结构

本身。

德州仪器 (TI) 的 增强型隔离技术

是通过将厚二氧化硅 电容器组合串联

实现的。

每个通道均在两个 裸片上采用了高电压

隔离电容器。

在左上角的 剖面原理图中，

您可以看到， 左右两侧各有

一个裸片， 且它们都有

一个高电压电容器。

而且它们是串联的。

隔离电容器 组合厚度

大于 21 微米。

数据在传输过程中 会穿过该隔离层，

如右上角的 原理图所示。

信号传入、接受 调制、穿过差分

电容器对的 隔离层、解调，

然后传出。

数字隔离器、 隔离链路、

模数转换器、 隔离放大器和

隔离栅极驱动器中 均使用了这一隔离

通信路径。

此结构可实现 非常高的隔离能力，

包括 12.8kV 额定浪涌电压、

8kV 峰值瞬态过压 和 1.5kV RMS 工作电压。

下面，让我们来 深入了解一下该结构。

我们将会从上层开始。

在 16 引脚 SOIC 封装的 X 射线 图像中，大家会看到什么。

这是一个宽体封装， 从图片的顶部到底部，

或者我们通常 所说的从左到右，

该封装具有 8 毫米的

爬电距离和间隙。

在封装内部， 两个裸片垫之间

有一个较大的 内部间隙，

该间隙超过了 600 微米。

您可以看到，每个 裸片都有高电压电容器。

这是一个 三通道隔离器，

每侧均有 六个电容器。

下面，我们来深入 了解一下隔离电容器。

增强型隔离层由两个 高电压电容器组成，

这两个电容器 分别位于两个彼此

串联的裸片上。

每个电容器均为 厚二氧化硅电容器

电介质。

该电解质 由多层组成。

每一层都是集成电路的 典型构建方式，行业内每年

都会有数十亿的集成 电路采用该构建方式。

每一层都是 使用化学气相

沉积工艺 沉积的二氧化硅。

化学气相沉积是 用于形成二氧化硅

薄膜的原子 分子沉积工艺。

在其它层上 添加第二层之前，

我们会使用化学机械抛光平面化 工艺对第一层进行抛光，

从而使两层之间 能够较好的粘合。

最终可得到非常厚的 二氧化硅电容器，

总体厚度 超过 10.5 微米，

从而实现 高隔离电压能力。

测试这一性能的最佳 测试之一是击穿电压测试，

或者叫缓升至击穿电压测试。

在该测试中， 会从左侧至

右侧施加 高交流电压。

该电压会以 每秒 1kV RMS 的

速率递增， 直至发生击穿。

在发生击穿时， 记录下击穿电压。

在大量器件上 重复该过程。

通过对这些 器件的统计分析，

我们可以评估 该技术相对于

额定值的表现效果。

在此直方图中， 是我们对来自

113 个批次的 1,130 个 器件进行缓升至击穿电压测试

所得到的数据。

您会看到， 平均击穿

电压高于 14kV RMS。

这要比额定隔离 电压 5.7kV RMS 高得多。

一种较好的用于判断 该性能高出了多少的

方法是 CPK 指标。

CPK 为 1 表示该数据 高于隔离要求

3 sigma。

CPK 为 2 表示该数据 高于隔离额定值

6 sigma。

您可以看到，该数据集中 具有大于 6 的 CPK。

该 CPK 是在生产 测试条件下测得的，

比隔离额定值高 20%。

该数据表明，器件具有 非常高的电压隔离能力。

总之，TI 的增强型 隔离产品系列

具有超出 增强型隔离要求的

高电压能力。

我们使用统计 测试方法，通过

实质性的裕度 证明了这些产品的

高电压隔离质量。

有关详细信息， 请访问 ti.com/isolation，

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白皮书。

谢谢。