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浅谈EOS机理与防护

发布时间:2015-11-15作者:智汇张瑜

  EOS英文全称ElectricalOverStress,是对所有的过度电性应力的总称。当EOS超过其最大指定极限后,器件功能会减弱或损坏,同时EOS也是公认的IC器件的头号杀手。由于它可能发生在产品的研发、测试乃至生产、存储、运输的各个环节,所以对厂商的电路设计,测试规范,生产流程以及物流中防护都有严格具体的要求,每年耗费整个半导体行业数十亿美金的资金。更可恨的是,EOS的发生情况复杂,神出鬼没,寻求一个完美的解决方案至今困扰着学术界和工业界。此文旨在分析EOS的成因,特点,破坏力,以及对于芯片厂商和系统设计人员的启示。

  EOS是一个非常广的概念,物理上可以看成是一种较长时间的低电压,大电流的能量脉冲(通常电压<100V,电流大于10A,大于1ms的发生时间)。为了更好的说明EOS的特性,可以和另一种常见的,且容易被混淆的电力破坏机制&mdash;ESD(静电释放)进行比较。从Figure.1可清晰看出EOS和ESD的放电特征,而ESD短时间的高电压低电流的特性(通常电压>500V,电流小于10A,纳秒发生时间),可以认定是EOS的一种特例。

浅谈EOS机理与防护

  Figure.1 EOS Versus ESD

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  Table.1EOS与ESD对比

  EOS成因很多,主要会出现在上下电瞬态过程,电流倒灌以及过度的电压电流驱动(常说的过载)。通常造成的破坏都是由于器件过热,损坏有三种类型。

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  Figure.2PN节击穿

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  Figure.3金属层熔断

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  Figure.4金属打线熔断

  鉴于EOS的成因和特点,成熟的系统厂商通常采用如下的防护方式。建立和规范工作流程,进行常规的交流电源线监控。

  电源

  确保交流电源配备了瞬态电流抑制器(滤波器)

   电源过压保护

  交流电源稳压器(可选)。

  电源时序控制器,可调整时序

  不共用滤波器和稳压器

  工作流程

  将正确流程存档。

  确保针对以下内容进行培训并给出警示标志

  电源开/关顺序

  不可热插拔

  正确的插入方向

  定期检查以确保遵守相关规定

  维护

  定期进行预防性维护。

  确保接头良好紧固,以防止其带来间歇性故障。

  电路板或元件测试

  确保不进行热切换。进行测试时使用存储范围捕获信号或电源的瞬态电流。

  确保不出现峰值/低频干扰。

  确保正确设置测试参数(不会过压)。

  确保测试硬件中使用了正确的保险丝。

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  Figure.5 DIO2113 EOS Protection Demonstration

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宜科(天津)电子有限公司是中国工业自动化的领军企业,于2003年在天津投资成立,销售和服务网络覆盖全国。作为中国本土工业自动化产品的提供商和智能制造解决方案的供应商,宜科在汽车、汽车零部件、工程机械、机器人、食品制药、印刷包装、纺织机械、物流设备、电子制造等诸多领域占据领先地位。宜科为智慧工厂的整体规划实施提供自系统层、控制层、网络层到执行层自上而下的全系列服务,产品及解决方案涵盖但不局限于云平台、MES制造执行系统、工业现场总线、工业以太网、工业无线通讯、机器人及智能设备组成的自动化生产线、自动化电气控制系统集成、智能物流仓储系统等,以实现真正智能化的生产制造,从而带来生产力和生产效率的大幅提升,以及对生产灵活性和生产复杂性的管理能力的大幅提升。多年来,宜科以创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地为中国制造业的发展提供全面支持,并以出众的品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求,在业界独树一帜。帮助中国制造业转型升级,加速智能制造进程,成为中国工业4.0智慧工厂解决方案当之无愧的践行者。

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