造成EOS破坏的原因

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半导体工艺技术越来越先进、操作电压越来越低以及系统功能越来越复杂,导致EOS (Electrical Over Stress,过度电性应力) 更容易窜到系统内部导致损坏。多年来,EOS一直是科技产业产品故障率最高的原因之一。但就解决时间和成本而言,发生EOS的代价过于昂贵,因此在大多数的应用中,会提供产品中的失效器件给供应商,供应商利用专业的测量与分析来判断失效现象并找寻根本原因,提供有效的解决方案,否则极可能会影响整个产品的长期可靠性。  图1所示,造成EOS破坏的原因可以分为三大类。
1、第一类为自然环境的EOS事件:主要发生在户外或有连接户外线缆的产品。如连接室外网路线的路由器、连接室外摄影机的DVR监控主机或连接室外天线的电视机等等,在天气不佳时可能直接遭受雷击的攻击,亦或因间接雷击感应至线材而窜进产品内部,皆是造成EOS损毁的原因之一。2、第二类为系统操作时的EOS事件:这一类的事件除了在消费者使用系统时可能发生,亦有可能出现在工厂生产线测试或组装阶段。常见的现象包括:测试电流或电压不稳定、测试治具破损、接头排针或触点歪斜导致错孔、接头反接、带电切换开关、热插拔…等等。

造成EOS破坏的原因
图1 造成EOS的根本原因。
3、第三类是因瞬态杂讯 (transient noise) 所引起的EOS事件:这样的现象可能存在于系统耦合RF、杂散EMI或电磁脉冲…等。举例来说,当使用天线或雷达时,若有杂讯被天线接收,系统中需要设计适当的防护电路及滤波电路,否则经由电路放大后的杂讯可能造成探测器的电路永久损坏。
据统计,常见的EOS原因包含热插拔、过电压、电源突波和器件焊接错误,大部分损坏不是发生在器件制造过程中,而是发生在PCB/模组组装过程中 (约30 %) 或应用过程中 (约40%)。在分析EOS问题时,最重要的是充分描述发生情况以及量化数据,包括异常是如何被发现?是否可以复现?应用场景?突波可能的路径与能量大小,甚至是IC损坏的情形 (封装/打线/芯片烧毁) 等等,这些资讯可以让EOS分析变得更加准确。
造成EOS破坏的原因
图2 使用Surge机台复现出EOS损毁现象。
如图2,搜集损毁的样品,发现大多IC烧毁的情况皆为单一器件被熔毁,使用surge设备复现出相同的烧毁后,进而得知是遭受7A左右的8/20µs能量导致损坏,建议使用IPP大于7A的防护器件,能够改善当前60% 以上的EOS问题。譬如把TVS想像成保险丝,万一TVS损毁,可使用复现的方法得知遭遇多大的突波能量,进而选择更加正确的TVS。只要设计时在端口或是电源加入适当的TVS防护元件,既可以在事前做好防护的工作,避免系统产品损坏或死机,导致损耗提高成本,也可以减少客退问题,提升公司的品牌形象。

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