淺談EOS機理與防護

EOS英文全稱(chēng) Electrical Over Stress，是對所有的過(guò)度電性應力的總稱(chēng)。當EOS超過(guò)其最大指定極限后，器件功能會(huì )減弱或損壞，同時(shí)EOS也是公認的IC器件的頭號殺手。由于它可能發(fā)生在產(chǎn)品的研發(fā)、測試乃至生產(chǎn)、存儲、運輸的各個(gè)環(huán)節，所以對廠(chǎng)商的電路設計，測試規范，生產(chǎn)流程以及物流中防護都有嚴格具體的要求，每年耗費整個(gè)半導體行業(yè)數十億美金的資金。更可恨的是，EOS的發(fā)生情況復雜，神出鬼沒(méi)，尋求一個(gè)完美的解決方案至今困擾著(zhù)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界。此文旨在分析EOS的成因，特點(diǎn)，破壞力，以及對于芯片廠(chǎng)商和系統設計人員的啟示。

EOS是一個(gè)非常廣的概念，物理上可以看成是一種較長(cháng)時(shí)間的低電壓，大電流的能量脈沖(通常電壓500V，電流小于10A，納秒發(fā)生時(shí)間)，可以認定是EOS的一種特例。

Figure.1 EOS Versus ESD

Table.1 EOS與ESD對比

EOS成因很多，主要會(huì )出現在上下電瞬態(tài)過(guò)程，電流倒灌以及過(guò)度的電壓電流驅動(dòng)(常說(shuō)的過(guò)載)。通常造成的破壞都是由于器件過(guò)熱，損壞有三種類(lèi)型。

Figure.2 PN節擊穿

Figure.3 金屬層熔斷

Figure.4 金屬打線(xiàn)熔斷

鑒于EOS的成因和特點(diǎn)，成熟的系統廠(chǎng)商通常采用如下的防護方式。建立和規范工作流程，進(jìn)行常規的交流電源線(xiàn)監控。

電源

√ 確保交流電源配備了瞬態(tài)電流抑制器(濾波器)

√ 電源過(guò)壓保護

√ 交流電源穩壓器(可選)。

√ 電源時(shí)序控制器，可調整時(shí)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(jìn)行培訓并給出警示標志

電源開(kāi)/關(guān)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(guān)規定

維護

√ 定期進(jìn)行預防性維護。

√ 確保接頭良好緊固，以防止其帶來(lái)間歇性故障。

培訓

√ 確保對所有人員進(jìn)行培訓并及時(shí)復習相關(guān)內容。

電路板或元件測試

√ 確保不進(jìn)行熱切換。進(jìn)行測試時(shí)使用存儲范圍捕獲信號或電源的瞬態(tài)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(huì )過(guò)壓)。

√ 確保測試硬件中使用了正確的保險絲。

帝奧微電子經(jīng)過(guò)總結多年的產(chǎn)品研發(fā)，以及客戶(hù)支持的經(jīng)驗，在電路設計上做了很多ESD以及EOS芯片級防護措施創(chuàng )新。特別為國內某著(zhù)名電視機供應商定制研發(fā)的DIO2113—2VRMS輸出語(yǔ)音線(xiàn)驅動(dòng)，內部集成有效的EOS防護電路，給對方節省了系統成本的同時(shí)增加了可靠性。

Figure.5 DIO2113 EOS Protection Demonstration