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ESD EOS 资料EOS和ESD比较一、什么是EOS？ EOS为Electrical Over Stress的缩写，指所有的过度电性应力。当外界电流或电压超过器件的最大规范条件时，器件性能会减弱甚至损坏。 EOS通常产生于： 1.电源(AC/DC) 干扰、电源噪声和过电压。 2.由于测试程序切换（热切换）导致的瞬变电流/峰值/低频干扰。其过程持续时间可能是几微秒到几秒（也可能是几纳秒），很短的EOS 脉冲导致的损坏与ESD损坏相似。 3.闪电。 4.测试程序开关引起的瞬态/毛刺/短时脉冲波形干扰。 5.测试设计欠佳，例如，在器件尚未加电或已超过其操作上限的情况下给器件发送测试信号。再比如在对器件供电之前加入测试信号，或超过最大操作条件。 6.来自其他设备的脉冲信号干扰，即从其他装置发送的脉冲。 7.不恰当的工作步骤，工作流程不甚合理 8.接地点反跳（由于接地点不够导致电流快速转换引起高电压）二、什么是ESD？ ESD是英文Electrical Static Discharge的缩小，中文释为静电放电。电荷从一个物体转移到另一个物体。静电是一种客观的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦等。静电的特点是高电压、低电量、小电流和作用时间短的特点。人体自身的动作或与其他物体的接触，分离，摩擦或感应等因素，可以产生几千伏甚至上万伏的静电。静电在多个领域造成严重危害。摩擦起电和人体静电是电子工业中的两大危害。生产过程中静电防护的主要措施为静电泄露、耗散、中和、增湿，屏蔽与接地。人体静电防护系统主要有防静电手腕带，脚腕带，工作服、鞋袜、帽、手套或指套等组成，具有静电泄露，中和与屏蔽等功能。静电防护工作是一项长期的系统工程，任何环节的失误或疏漏，都将导致静电防护工作的失败。三、对比区别 EOS由电源和测试设备产生，事件持续时间在微秒-秒级（一般超过100uS甚至10mS）。损坏的现象包括金属线熔化、发热、高功率、闩锁效应，短的EOS脉冲损坏看起来像ESD损坏。ESDESD属于ESD的特例，有限的能量，由静电荷引起，（也可能是毫秒）事件持续时间在微微秒-毫微秒级（一般10nS以内）。现象：其可见性不强，损坏位置不易发现，通常导致晶体管级别的损坏。四、静电防护1.设定静电区域说明:在生产现场设定静电敏感区域，并且要做明显警示，使到现场的每个人都能注意。2、静电区域内注意事项a.操作者应该佩戴防静电腕带，应该穿着防静电服装，鞋，围巾，椅子应该套防静电套。（一端与人体接触，另一端与地线相连）b.有可能放置PBA的区域内要贴防静电桌布，并且要联结防静电接地扣。c.静电区域内所有的物品静电不能超过100V静电区域内的容器应该用防静电材料的，若静电区域内的物品的静电电压超过100V时，这是应该采用去离子风机消除物体表面静电。注：不可在防静电区域内放置与生产活动无关的物品。3.环境湿度要以50%60%左右。ESD引起集成电路损伤的三种途径 (1)人体活动引起的摩擦起电是重要的静电来源，带静电的操作者与器件接触并通过器件放电。 (2)器件与用绝缘材料制作的包装袋、传递盒和传送带等摩擦，使器件本身带静电，它与人体或地接触时发生的静电放电。 (3)当器件处在很强的静电场中时，因静电感应在器件内部的芯片上将感应出很高的电位差，从而引起芯片内部薄氧化层的击穿。或者某一管脚与地相碰也会发生静电放电。 根据上述三种ESD的损伤途径，建立了三种ESD损伤模型：人体带电模型、器件带电模型和场感应模型。其中人体模型是主要的。 2.2 ESD损伤的失效模式 (1)双极型数字电路 a.输入端漏电流增加 b.参数退化 c.失去功能 其中对带有肖特基管的STTL和LSTTL电路更为敏感。 (2)双极型线性电路 a.输入失调电压增大 b.输入失调电流增大 c.MOS电容(补偿电容)漏电或短路 d.失去功能 (3)MOS集成电路 a.输入端漏电流增大 b.输出端漏电流增大 c.静态功耗电流增大 d.失去功能 (4)双极型单稳电路和振荡器电路 a.单稳电路的单稳时间发生变化 b.振荡器的振荡频率发生变化 c.R.C连接端对地出现反向漏电 2.3 ESD对集成电路的损坏形式 a.MOS电路输入端保护电路的二极管出现反向漏电流增 b.输入端MOS管发生栅穿 c.MOS电路输入保护电路中的保护电阻或接触孔发生烧 毁 d.引起ROM电路或PAL电路中的熔断丝熔断 e.集成电路内部的MOS电容器发生栅穿 f.运算放大器输入端(对管)小电流放大系数减小 g.集成电路内部的精密电阻的阻值发生漂移 h.与外接端子相连的铝条被熔断 i.引起多层布线间的介质击穿(例如：输入端铝条与n+、间的介质击穿) 2.4 ESD损伤机理 (1)电压型损伤 a.栅氧化层击穿(MOS电路输入端、MOS电容) b.气体电弧放电引起的损坏(芯片上键合根部、金属化 条的最窄间距处、声表面波器件的梳状电极条间) c.输入端多晶硅电阻与铝金属化条间的介质击穿 d.输入/输出端n+扩区与铝金属化条间的介质击穿。 (2)电流型损伤 a.PN结短路(MOS电路输入端保护二极管、线性电路输 入端保护网络) b.铝条和多晶硅条在大电流作用下的损伤(主要在多晶 硅条拐弯处和多晶硅条与铝的接触孔) c.多晶硅电阻和硅上薄膜电阻的阻值漂移(主要是高精 度运放和A/D、D/A电路) 2.5 ESD损伤实例 最容易受到静电放电损伤的集成电路有：CCD、EPROM、微波集成电路、高精度运算放大器、带有MOS电容的放大器、HC、HCT、LSI、VLSI、精密稳压电路、A/D和D/A电路、普通MOS和CMOS、STTL、LSTTL等。 (1)国外实例 a.Motorola公司生产的MOS大规模集成电路微处理器(CPU)，在进行老练试验的11个星期中仔细进行了观察和记录。发现在试验开始阶段因为没有采用导电盒放置样品，拒收数与被试验元件总数相对比例约为4010-n(n值为保密数字)。但从第四个星期开始，样品采用镀镍盒放置后，则降低1510-n。此试验相继跟踪了7个多星期，平均的拒收比例为1810-n。说明MOS大规模电路在使用过程中必须采取严格的防ESD措施。 b.某公司共进行了18700只MOS电路的老练，发现失效率很高，经分析和研究认为大部分失效是由ESD引起。于是该公司为此问题专门写了一份有改正措施的报告，并对全体有关人员进行了防静电放电损伤的技术培训，器件采用防ESD包装，加强了各项防ESD损伤的措施，后来又老练了18400只同种器件，拒收率降低到原来的1/3。 c.某一批“64位随机存贮器”，从封装到成品测试，其成品损失率为2，该存贮器为肖特基-双极型大规模电路，经调查，操作过程中曾使用过塑料盒传递器件，由于静电放电损伤了输入端的肖特基二极管，使二极管反向特性变软或短路。 d.一批“双极模拟开关”集成电路，在装上印制电路板，经保形涂覆后，少数样品出现输入特性恶化。解剖分析后，发现输入端(基极)的铝金属化跨过n+保护环扩散层处发生短路或漏电，去除铝后，可发现n+环上的氧化层有很小的击穿孔。 由于n+扩区上的氧化层较薄，并且光刻腐蚀的速度较快，因而容易发生ESD击穿，版图设计时，如果必须采用n+扩散层作埋层穿接线，其位置应慎重选择，避免输入端铝金属化跨过n+扩区，对于输入端铝条跨过n+扩区的双极电路，使用时应采取必要的防静电措施。 e.测试和传递中出现肖特基TTL电路(54S181、54S420)电性能异常 ，输入漏电增大 。经解剖分析，在金相显微镜下观察芯片表面未发现任何电损伤痕迹，但在去除铝和SiO2后，在输入端的发射极接触孔内却发现了较轻的小坑，再用CP4溶液进行腐蚀后小坑变得更加明显。用“静电模拟器”进行模拟试验，出现的失效现象与它十分类似。可见这种失效是由ESD损伤引起，也可能是其它的轻度电损伤引起。 f.某仪表系统输入端使用的2N5179超高频晶体管多次发生失效 ，失效模式为放大系数降低 ，特别是在小电流下(例如Ic100A)的放大系数下降到大约为1左右，同时eb结出现较大反向漏电。解剖后，在金相显微镜下观察芯片表面，在eb极之间的铝条上有一个很小的变色区，它是由瞬间的电过应力(电浪涌)引起的过合金区，这种失效一般由静电放电引起，对于输入端为超高频小功率管基极的电子系统，输入端应设计输入保护网络，如果系统特性不允许增加保护网络，则必须采取防静电放电操作措施。 g.带有MOS电容器作为内补偿的运算放大器，在使用中常有失效，失效现象是输出电压在稍低于正电源电压下发生闭锁。经解剖分析证实，失效由MOS电容器出现大漏电引起，漏电电阻约为400。因为作补偿的MOS电容器的一端直接与电路的外引线相连(V+端)。利用扫描电镜(SEM)观察，发现MOS电容边缘明显有很小的击穿点，此特征表明失效由ESD损伤引起。 h.在一次系统装配完毕后的检查中，发现6只101A型双极运算放大器失效，失效模式是输入失调电压增大到40mV。用特性曲线图示仪测试管脚-管脚间特性，出现输入端特性异常。解剖后，利用金相显微镜观察芯片上的输入端，发现有飞弧状的电损伤痕迹，它是电瞬变引起的电过应力损伤，这种电瞬变可能是由ESD引起。经调查，在印制板的电装工艺线上，用静电电压表检测印制板上的静电电压，在开路区域上电压达800V以上，特别是在空气干燥的冬季或进行高温烘烤时，印制板上的静电电压更高。 (2)国内实例 a.某厂生产的CMOS电路经筛选入库后，在抽查中每次都发现有较大数量失效(约占5)，失效模式为输入漏电增大，经调查与分析，发现失效是由ESD损伤引起的。因为该厂生产的CMOS电路在测试前后都放置于普通塑料盆内，塑料上的静电荷传递给CMOS电路，在测试过程中，当器件接触人体或桌面上的接地金属时就会立即引起放电，导致ESD损伤而失效。后来采取了一系列防ESD措施，并将普通塑料盒改用导电塑料盒，这一失效现象就立即消失了。 b.在电子设备的调试过程中，发现双极集成电路中的单稳电路和振荡电路常出现失效，失效现象是单稳电路已调整好了的单稳时间常发生漂移；振荡器已调好的振荡频率也常发生漂移。经解剖分析，发现失效是由ESD损伤或电瞬变损伤引起。解剖后，用金相和扫描电镜检查芯片表面，在外接R.C的一端，管子eb结有很轻度的电损伤痕迹(有的样品还无明显损伤痕迹)。测试该端eb结反向特性已变坏，有较大反向漏电。 由于它们是双极型集成电路，所以在调试过程中并未采取防ESD损伤措施。但这两种电路有一个共同特点，就是外接R、C的端子是晶体管的基极，并且该管的发射极 又是直接接地的，无任何限流电阻。在机器调试时，要反复更换电容或电阻，将单稳宽度和振荡频率调整到满足机器所需值。调机时机器是接地的，当更换R、C元件时，烙铁和人体都要接触该集成电路外接R、C的端子，如果人体带静电就会通过电路对地放电，并且放电回路只有一个发射极二极管，因此它们对ESD比较敏感。此外，如果烙铁的接地不良或不当。例如，烙铁接的是交流地与机器不是同一地，两个地线之间的电位差引起的放电也会损坏电路。所以，双极电路中的单稳和振荡器也应采取防ESD损伤措施，并且要特别注意烙铁的接地状况。 c.航天产品上应用的一种进口的“隔离放大器”，在测试和机器调试中常有失效，由于这种放大器是双极型二次集成电路，说明书上只有功能方块图，无具体线路图，所以使用者未采取任何防静电 的措施。失效模式为输出端对地呈现低电阻或短路，经解剖分析，发现每只电路内部都有3只MOS电容器，其中有一只就是直接跨接在解调器的输出与地之间。因此，该输出端很怕静电放电。由于使用者并不了解这一特殊情况，所以未采取防静电措施， 结果ESD损伤失效常有发生， 经济损失很大 。后来采取防静电措施后，输出对地短路的失效现象就消 d.某航天电子产品用肖特基TTL电路54LS10，在部件进行老练和测试后失效，失效模式为输入端漏电流增大。经分析表明，失效由ESD或电浪涌损伤引起。解剖分析后发现芯片表面无任何电损伤痕迹，也无任何工艺缺陷，经过各项试验证实，输入漏电不是氧化层内的钠离子沾污，也不是芯片表面的潮气和可动电荷沾污所引起。经现场调查，失效的输入端恰好是该部件的输入端子，在测试和老练过程中该端子常与人体或设备的机壳相碰，且操作现场并未采取防ESD措施，所以判断失效由ESD损伤引起。此外，输入端碰上有漏电的机壳也会引起类似失效。 e.某星上用进口的军用CCD(电荷耦合器件)，在使用过程中不知不觉就失效，这不仅造成了重大经济损失，而且严重地影响了工作进行。经调查与分析，判断失效由ESD损伤引起。因为该CCD是超大规模集成电路，又属于MOS型器件，它对ESD特别敏感。根据静电敏感度，完全属于静电放电最敏感的器件之一 ，只要100伏的静电压 ，就可能损坏(与MOS单管相差不多，甚至还要敏感)。经现场调查，工作间地板电阻率为10131014/cm，它已不属于防静电地板(防静电地板应为106108)，工作人员采取了防ESD措施，仍然有静电荷积累。全面地采取了防静电措施，这一失效就得到了有效的控制。