ESD与EOS失效案例分享

ESD&EOS 静电释放&过电应力

目前，在电子元器件失效分析领域，我们发现ESD&EOS导致的失效现象越来越普遍，尤其是在半导体行业发展日益兴盛的大背景下，对ESD&EOS的关注与日俱增。

上一期的分享，ESD与EOS知识速递我们着重介绍了ESD与EOS的概念与差异。本期内容主要涉及两者在实际情况中的失效表现，其中选取了部分典型失效案例进行呈现。
 

ESD案例分享

静电释放导致的失效主要表现为即时失效与延时失效两种模式。

1.即时失效

即时失效又称突发失效，指的是元器件受到静电放电损伤后，突然完全或部分丧失其规定的功能。一般较容易通过功能检测发现。

2.延时失效

延时失效又称潜在失效，指静电放电能量较低，或放电回路有限流电阻，仅造成轻微损伤，器件电参数可能仍然合格或略有变化。

一般不容易通过功能检测发现，而且失效后很难通过技术手段确认。

3.典型案例

#案例1

失效图示

试验复现

结论

不良发生位置集中于CF表偏贴合端子部的左边，距离离子棒约50cm。因距离过大，离子棒对此位置的除静电能力有弱化。

#案例2

失效图示

试验复现

 

结论

经过静电耐圧试验发现，样品1在两种破坏类型中，情况分别为：

1.机器模型：使用2-3kV ESD痕迹发生；

2.人体模型：使用3-4kV ESD痕迹发生；

样品2在两种破坏类型中，情况分别为：

1.机器模型：使用12-14kV ESD痕迹发生；

2.人体模型：使用24-28kV ESD痕迹发生。

EOS案例分享

过电压，过电流，过功率，过电烧毁

1.失效表现

EOS的碳化面积较大，一般过功率烧毁会出现原始损伤点且由这点有向四周辐射的裂纹，且多发于器件引脚位置。

2.典型案例

#案例1 MCU芯片信号短路分析

失效图示

 

 

说明: 空洞异常处有因局部受热造成的表面树脂碳化现象，周边树脂出现裂纹。

 

试验复现

 

 

 

 

 

验证方法:使用正常样品在两个引脚上分别接入12V电源正负极进行复现试验。

 

结论

接上12.0V电源瞬间，两电极之间有被烧坏的声音，电流瞬间升高，电压下降。两引脚之间阻抗测试显示为OL，说明二者之间经过反接12V电压被大电流瞬间击穿断开。

#案例2 TVS管失效分析

失效图示

 

说明：样品开封发现样品晶圆位置均发现有烧伤痕迹，击穿位置树脂高温碳化，为过流过压导致。

 

试验复现

TVS管击穿FA分析图
 

 

 

 

 

 

击穿验证之后进行开封检测，发现复现样品晶圆位置均发现有烧伤痕迹，与异常品失效发生类似。

结论

晶圆表面发现有过流过压击穿的痕迹，即树脂高温碳化；

DC直流电源加压到18V，TVS管被击穿短路，复现品晶圆位置失效与异常品类似。

9V样品取下滤波电容，使其输出不稳定，TVS被击穿，短路失效。

据此判断，TVS管为过压导致失效，样品输出不稳定时有击穿TVS管的可能。

技术总结

随着电子行业对产品的可靠性要求越来越高，失效分析的重要性日益凸显。进行检测分析的一个目的是预防失效，那关于减少ESD&EOS造成的损伤，我们可以从防止电荷产生、防止电荷积累、减慢放电这三个方面进行入手。

由于ESD&EOS的产生与生产工艺过程中的规范性有极大相关性。在实际应用中，建议可以用以下措施规避因静电导致的损伤：

1.连接并接地所有的导体；

2.控制非导体的静电；

3.运输和存储时保护性包装；

4.使用高规格的耐压材料。

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审核编辑 黄宇