淺談EOS機(jī)理與防護(hù)

EOS英文全稱(chēng) Electrical Over Stress，是對(duì)所有的過(guò)度電性應(yīng)力的總稱(chēng)。當(dāng)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(rèn)的IC器件的頭號(hào)殺手。由于它可能發(fā)生在產(chǎn)品的研發(fā)、測(cè)試乃至生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)環(huán)節(jié)，所以對(duì)廠商的電路設(shè)計(jì)，測(cè)試規(guī)范，生產(chǎn)流程以及物流中防護(hù)都有嚴(yán)格具體的要求，每年耗費(fèi)整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)數(shù)十億美金的資金。更可恨的是，EOS的發(fā)生情況復(fù)雜，神出鬼沒(méi)，尋求一個(gè)完美的解決方案至今困擾著學(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(duì)于芯片廠商和系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(rèn)定是EOS的一種特例。

Figure.1 EOS Versus ESD

Table.1 EOS與ESD對(duì)比

EOS成因很多，主要會(huì)出現(xiàn)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(qū)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(jié)擊穿

Figure.3 金屬層熔斷

Figure.4 金屬打線熔斷

鑒于EOS的成因和特點(diǎn)，成熟的系統(tǒng)廠商通常采用如下的防護(hù)方式。建立和規(guī)范工作流程，進(jìn)行常規(guī)的交流電源線監(jiān)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(hù)

√ 交流電源穩(wěn)壓器(可選)。

√ 電源時(shí)序控制器，可調(diào)整時(shí)序

√ 不共用濾波器和穩(wěn)壓器

工作流程

√ 將正確流程存檔。

√ 確保針對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行培訓(xùn)并給出警示標(biāo)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(guī)定

維護(hù)

√ 定期進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。

√ 確保接頭良好緊固，以防止其帶來(lái)間歇性故障。

培訓(xùn)

√ 確保對(duì)所有人員進(jìn)行培訓(xùn)并及時(shí)復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。

電路板或元件測(cè)試

√ 確保不進(jìn)行熱切換。進(jìn)行測(cè)試時(shí)使用存儲(chǔ)范圍捕獲信號(hào)或電源的瞬態(tài)電流。

√ 確保不出現(xiàn)峰值/低頻干擾。

√ 確保正確設(shè)置測(cè)試參數(shù)(不會(huì)過(guò)壓)。

√ 確保測(cè)試硬件中使用了正確的保險(xiǎn)絲。

帝奧微電子經(jīng)過(guò)總結(jié)多年的產(chǎn)品研發(fā)，以及客戶(hù)支持的經(jīng)驗(yàn)，在電路設(shè)計(jì)上做了很多ESD以及EOS芯片級(jí)防護(hù)措施創(chuàng)新。特別為國(guó)內(nèi)某著名電視機(jī)供應(yīng)商定制研發(fā)的DIO2113—2VRMS輸出語(yǔ)音線驅(qū)動(dòng)，內(nèi)部集成有效的EOS防護(hù)電路，給對(duì)方節(jié)省了系統(tǒng)成本的同時(shí)增加了可靠性。

Figure.5 DIO2113 EOS Protection Demonstration