ESD与EOS失效差异分析

文摘 2024-09-28 22:04 广东

静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命，因电场或电流破坏元件的绝缘或导体，使元件不能工作（完全破坏），因瞬间的电场或电流产生的热，元件受伤，仍能工作，寿命降低。

01、元器件ESD损伤失效类型

突发性失效：

突发性失效也称硬失效，硬损伤。是指元器件的一个或多个电气参数突发劣化，完全失去规定功能的一种失效模式。通常表现为电子元器件自身短路、开路、功能丧失或电气参数严重漂移等。具体现象表现为：一种是与电压相关的失效，如介质击穿，PN结方向漏电流增大等；另一种是与功率有关的失效，如烧毁、熔断等。这都使器件的电路遭到永久性损坏，可以在产品测试阶段发现。据有关统计资料表明，在受静电损伤的半导体器件中，突发性完全失效约占失效总数的10%以上。

潜在性缓慢失效：

如果带电体所带静电位或存储的静电能量较低，或ESD放电回路中有限流电阻存在，那么，一次静电放电脉冲可能不足以引起电子元器件的突发性失效，但强静电场电离绝缘层，会在元器件内部造成轻微损伤，这种损伤又是累积性的；随着ESD脉冲次数的增加，器件的阀值电压会逐渐下降，使元器件的电参数逐渐劣化，这类失效称为潜在失效。潜在失效往往表现为器件的使用寿命缩短，或者一个本来不会使器件损伤的小脉冲却使器件失效。这种失效事先难以检测，造成难以被人们发现的“软击穿”现象，给产品留下潜在的隐患，直接影响电子产品的质量、寿命、可靠性和经济性。据统计：潜在性失效占电子元件ESD失效总数的90%。

翻转失效：

翻转失效是指某些逻辑电路在正常运行中使原来记忆状态发生翻转。这种失效通常表现为信息的丢失或功能暂时变化，没有明显的硬损伤发生，且在ESD发生后、或重新输入信息、或重新启动设备能自动恢复正常的运行。

翻转失效的根本原因在于ESD的电磁辐射，确切地说是由于ESD尖峰电流产生的电气噪声造成的。ESD干扰可通过传导或者辐射等耦合路径进入到电子设备中。在ESD的近场区，主要取决于ESD源和接收机阻抗的容性耦合、感性耦合。在远场区，取决于电磁场耦合。

翻转失效主要表现：

程序破碎区的位翻转，引起程序＂跑飞"或者＂死机"。
数据存储区的位翻转，造成关键变量的翻转，引起功能逻辑的絮乱，比如中
途突出循环程序，错误执行条件等。
外设控制寄存器的功能中断，引起外设配置状态变换，造成模块间数据通信
异常。
中断控制器寄存器的功能中断，引起意外中断的发生导致程序的异常执行。
程序的位翻转，引起程序的异常执行。
JATAG逻辑的功能中断，导致整个DSP的复位或死机。

如果ESD干扰在电子线路中产生感应电压或电流超过了电平信号，设备正常工作程序将会发生翻转。在高阻抗电路中，信号是电压电平，容性耦合占主要成分，ESD感应电压是主要干扰源；在低阻抗电路中，信号是电流信号，感性耦合占主要成分，ESD感应电流是主要干扰源。

翻转失效通常会导致通信系统故障，画面显示异常、系统复位、时钟信号抖动、射频电路部分失效等现象。

02、ESD损伤的特征

隐蔽性：人体不能感知静电，除非是发生了静电放电，但是发生静电放电，人体也不一定能有电击的感觉。这是因为人体感知的静电放电电压为2-3Kv

随机性：电子元件什么情况下会遭受静电破坏呢？可以这么说，从一个元件生产后一直到它损坏前所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机性。由于静电的产生和放电都是瞬间发生的，极难预测和防护。

复杂性：因电子产品的精细，微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较复杂的技术往往需要使用扫描电镜等精密仪器，即使如此有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人们误把静电损伤失效当做是其他失效。

潜伏性：有些电子元器件受到静电损伤后，性能没有明显的下降，但是多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患，而且增加了器件对静电的敏感性，已经产生的问题没有任何方法可治愈。

03、过度电性应力（Electrical Over Stress）

是指所有的过度电性应力。当外界电流和电压超过器件的最大规范条件时，器件会损伤或者直接损坏，EOS通常产生于如下方面：

电源AC/DC干扰、电源噪声和过电压
电路切换导致的瞬变电流/峰值/低频干扰，其持续时间可能达到几微秒或者
几毫秒。
程序开关引起的瞬态/毛刺/短时脉冲干扰
不恰当的工作流程、工作步骤。
雷击浪涌干扰
闪电

04、EOS&ESD差异对比表

EOS	ESD
产生途径：电源、测试设备	产生途径：静电电荷 ESD属于EOS的特例
持续时间：微秒-秒级	持续时间：纳秒-微秒级
损坏现象：金属线熔化、发热、高功率	损坏现象：可见性不强，损坏位置不易发现
损坏程度：轻度损坏同ESD损坏类似	损坏程度：电晶体级别的损坏
保护器件：响应速度要求较低	保护器件：响应速度要求较高

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