浅谈EOS机理与防护

ByElmer1

EOS英文全称ElectricalOverStress，是对所有的过度电性应力的总称。当EOS超过其最大指定极限后，器件功能会减弱或损坏，同时EOS也是公认的IC器件的头号杀手。由于它可能发生在产品的研发、测试乃至生产、存储、运输的各个环节，所以对厂商的电路设计，测试规范，生产流程以及物流中防护都有严格具体的要求，每年耗费整个半导体行业数十亿美金的资金。更可恨的是，EOS的发生情况复杂，神出鬼没，寻求一个完美的解决方案至今困扰着学术界和工业界。此文旨在分析EOS的成因，特点，破坏力，以及对于芯片厂商和系统设计人员的启示。

　　EOS是一个非常广的概念，物理上可以看成是一种较长时间的低电压，大电流的能量脉冲（通常电压<100V，电流大于10A，大于1ms的发生时间）。为了更好的说明EOS的特性，可以和另一种常见的，且容易被混淆的电力破坏机制—ESD（静电释放）进行比较。从Figure.1可清晰看出EOS和ESD的放电特征，而ESD短时间的高电压低电流的特性（通常电压>500V，电流小于10A，纳秒发生时间），可以认定是EOS的一种特例。

Figure.1 EOS Versus ESD

　Table.1EOS与ESD对比

　　EOS成因很多，主要会出现在上下电瞬态过程，电流倒灌以及过度的电压电流驱动（常说的过载）。通常造成的破坏都是由于器件过热，损坏有三种类型。

　Figure.2PN节击穿

Figure.3金属层熔断

　Figure.4金属打线熔断

　　鉴于EOS的成因和特点，成熟的系统厂商通常采用如下的防护方式。建立和规范工作流程，进行常规的交流电源线监控。

电源

　　√确保交流电源配备了瞬态电流抑制器（滤波器）

　　√电源过压保护

　　√交流电源稳压器（可选）。

　　√电源时序控制器，可调整时序

　　√不共用滤波器和稳压器

　　工作流程

　　√将正确流程存档。

　　√确保针对以下内容进行培训并给出警示标志

　　电源开/关顺序

　　√不可“热插拔”

　　√正确的插入方向

　　√定期检查以确保遵守相关规定

　　维护

　　√定期进行预防性维护。

　　√确保接头良好紧固，以防止其带来间歇性故障。

　　电路板或元件测试

　　√确保不进行热切换。进行测试时使用存储范围捕获信号或电源的瞬态电流。

　　√确保不出现峰值/低频干扰。

　　√确保正确设置测试参数（不会过压）。

　　√确保测试硬件中使用了正确的保险丝。

　Figure.5 DIO2113 EOS Protection Demonstration
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Ukey

EOS的发生情况复杂