【经验】芯片损坏分析：ESD和EOS的区别
ESD概述：
ESD全称Electrostatic Discharge, 是指芯片或系统积累的静电放电过程，同时也指是对芯片能承受的放电能力的要求。业界把最常用的静电放电过程进行了分类和建模，形成了一系列标准，进而提出了对操作环境和过程的要求。就对芯片级要求来说ESD标准目前主要分为人体模式(HBM)，机器模式(MM)，充-放电模式(CDM)，分别对因人体的电荷放电，机器的电荷放电和芯片或系统板级自身的电荷放电。系统级的ESD还有IEC61000-4-2这种更严格的评估标准。CDM模式是最近比较受重视的一种放电模式，特别是随着芯片规模越来越大，积累的电荷规模也变大，但ESD保护电路却受到位置，走线，多电源域等更严格的限制，导致CDM防护设计变得越来越有挑战。
EOS概述：
EOS是个大家庭，全称Electrical Overtress,是指芯片或系统工作环境（比如电源电压）超过预期的过程，这可能会对芯片或系统造成严重损坏。造成EOS的原因有很多，头一个就是ESD，其他还有错误的电源操作引起异常供电，负载剧烈变化引起的的浪涌，甚至是因为雷击，EOS也有一系列标准。LATCHUP也是经常听到的术语，也和芯片损伤有关。LATCH-UP是特指芯片内部P型/N型/P型/N型半导体组合成的这个结构发生产生大电流的正反馈导通现象。ESD和其他类型的EOS都有可能造成LATCH-UP，但也未必都是因为LATCH-UP而造成损坏。LATCH-UP也有自己的测试标准。简单的原理是对芯片注入某个量级的触发电流，验证芯片会不会发生LATCH-UP。
芯片损坏原因：
● 高压：过高的电压会导致原本隔离的介质隔离性能变差，典型的例子是MOS管的栅极因为承受高压而被击穿，导致栅极与沟道不再绝缘。
● 过热：绝大部分半导体内部的不可逆损坏都是因为过高的温度。
对半导体内部损坏有影响的是三个变量：电压，电流，时间。它们三者的乘积超标了，半导体器件内部就会失效。反言之，只要通过手段控制任何一个变量使总的乘积不超标，就能避免损坏。好像很简单吧？典型的发热损坏的例子是LATCH-UP。在能量充足的情况下比如持续供电时如果发生LATCH-UP就会导致电压，电流，时间的乘积超标进而造成过热损伤。
ESD造成损伤：
如果没有ESD保护器件，那么很高的ESD电压会被加在器件上，可能引起几个结果：
● 器件没有导电能力，比如栅极，那么高压会一直持续，直到栅极击穿。
● 器件承受的电压高到器件产生导电能力时，器件开始提供泄电通路，ESD电荷得到泄放，并在ESD源头产生主要压降，使器件承受的高压不再增加形成平衡。如果器件的电流，电压和ESD持续的时间超标，那么器件就会过热而损坏。
ESD的高压过程持续时间通常很短（几十纳秒到几十微秒之间），高压所包含的能量也有限（静电电荷被释放完了就结束了），所以ESD造成的热损伤通常是局部的且单一的，当然系统上电工作时的ESD放电也可能由瞬态latch-up变成持续latch-up引发持续大电流造成严重损坏。而其他类型的EOS由于引发原因不同，持续时间范围很广，短时间的EOS表现和ESD类似，可能造成不易发现的损伤，影响可靠性。但长时间的EOS的能量会大得多，通常造成严重的多类型的芯片损伤，比如芯片大面积的融化，以及键合线损伤甚至封装碳化。
所以芯片的ESD保护电路可以对部分与ESD放电类似的EOS过程形成有效防护，但对于长时间的EOS过程可能是不够的，特别是需要靠latch-up来帮助泄放能量的保护器件，在长时间的latch-up过程中很容易因为高温损坏。所以要对抗大能量长时间的EOS需要更专业的，能耐受更大功率的保护器件如TVS钳位器件。由此我们清楚了ESD是EOS的一种，可见提高芯片抗ESD的能力会对某些类型的EOS有所帮助，但并不意味着就万无一失了，还是需要从应用和系统的角度做好EOS的防护，减少发生EOS的概率才能彻底提高系统可靠性。
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本文由ChangeArmy转载自思瑞浦，原文标题为:3PEAK工程师分享｜浅谈ESD/EOS应用贴士，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
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