EOS英文全稱ElectricalOverStress,是對所有的過度電性應力的總稱。當EOS超過其最大指定極限后,器件功能會減弱或損壞,同時EOS也是公認的IC器件的頭號殺手。由于它可能發生在產品的研發、測試乃至生產、存儲、運輸的各個環節,所以對廠商的電路設計,測試規范,生產流程以及物流中防護都有嚴格具體的要求,每年耗費整個半導體行業數十億美金的資金。更可恨的是,EOS的發生情況復雜,神出鬼沒,尋求一個完美的解決方案至今困擾著學術界和工業界。此文旨在分析EOS的成因,特點,破壞力,以及對于芯片廠商和系統設計人員的啟示。
EOS是一個非常廣的概念,物理上可以看成是一種較長時間的低電壓,大電流的能量脈沖(通常電壓<100V,電流大于10A,大于1ms的發生時間)。為了更好的說明EOS的特性,可以和另一種常見的,且容易被混淆的電力破壞機制—ESD(靜電釋放)進行比較。從Figure.1可清晰看出EOS和ESD的放電特征,而ESD短時間的高電壓低電流的特性(通常電壓>500V,電流小于10A,納秒發生時間),可以認定是EOS的一種特例。
Figure.1 EOS Versus ESD
Table.1EOS與ESD對比
EOS成因很多,主要會出現在上下電瞬態過程,電流倒灌以及過度的電壓電流驅動(常說的過載)。通常造成的破壞都是由于器件過熱,損壞有三種類型。
Figure.2PN節擊穿
Figure.3金屬層熔斷
Figure.4金屬打線熔斷
鑒于EOS的成因和特點,成熟的系統廠商通常采用如下的防護方式。建立和規范工作流程,進行常規的交流電源線監控。
電源
確保交流電源配備了瞬態電流抑制器(濾波器)
電源過壓保護
交流電源穩壓器(可選)。
電源時序控制器,可調整時序
不共用濾波器和穩壓器
工作流程
將正確流程存檔。
確保針對以下內容進行培訓并給出警示標志
電源開/關順序
不可熱插拔
正確的插入方向
定期檢查以確保遵守相關規定
維護
定期進行預防性維護。
確保接頭良好緊固,以防止其帶來間歇性故障。
電路板或元件測試
確保不進行熱切換。進行測試時使用存儲范圍捕獲信號或電源的瞬態電流。
確保不出現峰值/低頻干擾。
確保正確設置測試參數(不會過壓)。
確保測試硬件中使用了正確的保險絲。
Figure.5 DIO2113 EOS Protection Demonstration
(審核編輯: 智匯張瑜)
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