EOS與ESD是兩類(lèi)并不少見(jiàn)的電氣故障類(lèi)型，且隨著芯片用量的日益增長(zhǎng)，出現(xiàn)頻次也越來(lái)越多。這兩類(lèi)故障都因“電”而起，有一定共同點(diǎn)，因而比較容易混淆。今天創(chuàng)芯檢測(cè)就帶大家來(lái)具體認(rèn)識(shí)這兩種故障類(lèi)型，并結(jié)合案例，總結(jié)出防范的辦法。
故障概念明晰
EOS全稱(chēng)電氣過(guò)應(yīng)力（Electrical Over Stress），其表現(xiàn)方式是過(guò)壓或者過(guò)流產(chǎn)生大量的熱能，燒壞元器件內(nèi)部。EOS可指所有的過(guò)度電型故障，也包括下面要介紹的ESD。
ESD全稱(chēng)靜電放電（Electrical Static Discharge），特指因靜電造成的瞬時(shí)燒壞元器件的故障。我們知道靜電雖然持續(xù)時(shí)間極短，但卻可以產(chǎn)生巨大的電流和電壓，這足以破壞元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。按照定義，ESD本質(zhì)上仍是電氣過(guò)應(yīng)力故障，故而它可以看做EOS的特例。
故障表征與成因
EOS的概念核心是電氣過(guò)應(yīng)力，超過(guò)限額的電流使得器件損壞，一般呈現(xiàn)功率升高、高強(qiáng)度的發(fā)熱、金屬線(xiàn)膨脹、造成元器件整體大面積的損壞，甚至包括塑料封裝燒毀。
能夠造成EOS的原因，有測(cè)試程序切換（熱切換）導(dǎo)致的瞬變電流/峰值/低頻干擾、電源(AC/DC) 干擾和過(guò)電壓、測(cè)試設(shè)計(jì)超過(guò)系統(tǒng)的承受上限、從其他裝置發(fā)送的脈沖、接地反彈等。
而ESD特指靜電所引起的過(guò)點(diǎn)損壞，持續(xù)時(shí)間要短得多，可以是幾皮秒到幾納秒，釋放的總能量有限，故而導(dǎo)致的經(jīng)常是晶體管級(jí)別的損壞，深藏在元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，總體可見(jiàn)性不強(qiáng)，確定故障點(diǎn)往往需要更復(fù)雜的開(kāi)蓋測(cè)試等流程。
能夠?qū)е翬SD的原因，就是工作流程中可能生成靜電的環(huán)節(jié)，包括人對(duì)物料的接觸、摩擦起電、感應(yīng)生電等。靜電積累到一定程度，就會(huì)引發(fā)放電現(xiàn)象，導(dǎo)致失效的發(fā)生。
故障案例呈現(xiàn)
案例一：某產(chǎn)品在用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)頻頻出現(xiàn)損壞，經(jīng)過(guò)對(duì)返修單板進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大部分返修單板均是某接口器件失效。對(duì)器件進(jìn)行解剖后，在金相顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)EOS所導(dǎo)致的內(nèi)部鋁線(xiàn)融化，該EOS能量較大。
金相顯微鏡圖像：可見(jiàn)明顯燒壞處
進(jìn)一步分析和該鋁條相連的管腳電路應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)應(yīng)用不當(dāng)，沒(méi)有采用保護(hù)電路，在用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)帶電插拔產(chǎn)生的電浪涌導(dǎo)致該器件失效。該失效可通過(guò)模擬測(cè)試再現(xiàn)，判斷得以驗(yàn)證。
針對(duì)這一案例，解決辦法是在用戶(hù)手冊(cè)中強(qiáng)調(diào)該產(chǎn)品不支持帶電插拔。而更長(zhǎng)遠(yuǎn)的預(yù)防措施，是在今后的設(shè)計(jì)中考慮用戶(hù)的使用習(xí)慣，增加防護(hù)電路，設(shè)計(jì)成可熱插拔的產(chǎn)品。
案例二：客戶(hù)一枚驅(qū)動(dòng)器芯片上機(jī)后出現(xiàn)輸出不良情況，整批次僅此一顆出現(xiàn)失效，排查電路設(shè)計(jì)、焊接等方面均無(wú)異常，故失效原因可鎖定在這枚元器件本身上邊。
經(jīng)電特性測(cè)試，證實(shí)存在短路問(wèn)題，后經(jīng)對(duì)樣品開(kāi)封去層，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部M1層有金屬線(xiàn)燒熔形貌，并確認(rèn)是ESD造成這一損毀，并導(dǎo)致芯片整體輸出短路。
在芯片晶圓M1層可見(jiàn)燒熔點(diǎn)，而芯片其他部位均無(wú)形貌異常
針對(duì)這一案例，能做的是優(yōu)化電路保護(hù)機(jī)制，注意防靜電措施。在特殊條件下，可以參考器件的ESD防控指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)一步確保整機(jī)產(chǎn)品具備完善的抗干擾能力。
故障總體預(yù)防
針對(duì)具體案例，改進(jìn)和預(yù)防的措施已經(jīng)給出。而要將兩類(lèi)“因電而起”的故障從根源預(yù)防，則各有側(cè)重。
對(duì)于EOS，應(yīng)在開(kāi)發(fā)期明確產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性要求。電信級(jí)、消費(fèi)級(jí)等不同類(lèi)型的產(chǎn)品，對(duì)可靠性的要求也不同，這包括對(duì)使用場(chǎng)景、客戶(hù)需求及返修率指標(biāo)等方面做細(xì)致衡量，確定系統(tǒng)承受電壓與電流的極值。具體場(chǎng)景中，如客戶(hù)有熱插拔的使用習(xí)慣，就要相應(yīng)設(shè)計(jì)EOS的保護(hù)電路，以防止浪涌造成過(guò)載損壞。
對(duì)于ESD，在電路設(shè)計(jì)層面應(yīng)結(jié)合實(shí)際條件設(shè)置保護(hù)電路。生產(chǎn)方面，則要在SMT貼片等工作流程中消除靜電來(lái)源，例如使用絕緣手套、防靜電托盤(pán)等。
在實(shí)踐中，不少元器件燒毀的故障難以鑒別具體原因，這時(shí)就需要專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)從故障形態(tài)、電路設(shè)計(jì)、操作流程等環(huán)節(jié)查明具體原因，明確是由EOS還是ESD所導(dǎo)致。不同的失效類(lèi)型，我們會(huì)給出不同的改進(jìn)建議。如您有失效鑒別方面的需求，歡迎致電創(chuàng)芯檢測(cè)全國(guó)熱線(xiàn)4008-655-800。
