EOS过度电性应力的成因与防护方式
2022-08-15

  EOS英文全称ElectricalOverStress,是对所有的过度电性应力的总称。当EOS超过其最大指定极限后,器件功能会减弱或损坏,同时EOS也是公认的IC器件的头号杀手。由于它可能发生在产品的研发、测试乃至生产、存储、运输的各个环节,所以对厂商的,测试规范,生产流程以及物流中防护都有严格具体的要求,每年耗费整个半导体行业数十亿美金的资金。更可恨的是,EOS的发生情况复杂,神出鬼没,寻求一个完美的解决方案至今困扰着学术界和工业界。此文旨在分析EOS的成因,特点,破坏力,以及对于和系统设计人员的启示。

  EOS是一个非常广的概念,物理上可以看成是一种较长时间的低电压,大电流的能量脉冲(通常电压<100V,电流大于10A,大于1ms的发生时间)。为了更好的说明EOS的特性,可以和另一种常见的,且容易被混淆的电力破坏机制—ESD(静电释放)进行比较。从Figure.1可清晰看出EOS和ESD的放电特征,而ESD短时间的高电压低电流的特性(通常电压>500V,电流小于10A,纳秒发生时间),可以认定是EOS的一种特例。

浅谈EOS机理与防护

  Figure.1 EOS Versus ESD

浅谈EOS机理与防护

  Table.1EOS与ESD对比

  EOS成因很多,主要会出现在上下电瞬态过程,电流倒灌以及过度的电压电流驱动(常说的过载)。通常造成的破坏都是由于器件过热,损坏有三种类型。

浅谈EOS机理与防护

  Figure.2PN节击穿

浅谈EOS机理与防护

  Figure.3金属层熔断

浅谈EOS机理与防护

  Figure.4金属打线熔断

  鉴于EOS的成因和特点,成熟的系统厂商通常采用如下的防护方式。建立和规范工作流程,进行常规的交流电源线监控。

  电源

  √确保交流电源配备了瞬态电流抑制器(滤波器)

  √电源过压保护

  √交流电源稳压器(可选)。

  √电源时序控制器,可调整时序

  √不共用滤波器和稳压器

  工作流程

  √将正确流程存档。

  √确保针对以下内容进行培训并给出警示标志

  电源开/关顺序

  √不可“热插拔”

  √正确的插入方向

  √定期检查以确保遵守相关规定

 维护

  √定期进行预防性维护。

  √确保接头良好紧固,以防止其带来间歇性故障。

  或元件测试

  √确保不进行热切换。进行测试时使用存储范围捕获信号或电源的瞬态电流。

  √确保不出现峰值/低频干扰。

  √确保正确设置测试参数(不会过压)。

  √确保测试硬件中使用了正确的保险丝。

浅谈EOS机理与防护

  Figure.5 DIO2113 EOS Protection Demonstration

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