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​ESD与EOS失效差异分析

嘉峪检测网        2024-09-29 08:38

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。

 

1、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。

 

2、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。

 

3、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

 

4、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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