静电及过度电性应力对电子元器件的影响

　　静电吸附灰尘会改变线路间的阻抗，影响产品功能与寿命。它还可能因电场或电流破坏元件的绝缘或导体，导致元件完全不能工作；也会因瞬间电场或电流产生的热使元件受伤，虽仍能工作但寿命降低。
　　元器件的 ESD 损伤有多种失效类型。突发性失效，也称硬失效，表现为电子元器件短路、开路、功能丧失或电气参数严重漂移等，可在产品测试阶段发现，约占失效总数的 10% 以上。潜在性缓慢失效占电子元件 ESD 失效总数的 90%，它会使器件电参数逐渐劣化，给产品留下潜在隐患。翻转失效则是某些逻辑电路记忆状态发生翻转，主要由 ESD 的电磁辐射产生的电气噪声造成，会导致通信系统故障等多种异常现象。
　　ESD 损伤具有隐蔽性、随机性、复杂性和潜伏性等特征。人体难以感知静电，静电产生和放电瞬间发生，难以预测和防护，且静电损伤现象有时难以与其他原因造成的损伤区分。
　　过度电性应力（EOS）是指外界电流和电压超过器件规范条件时对器件造成的损伤或损坏，产生于电源干扰、电路切换、程序开关、不恰当工作流程以及雷击浪涌等方面。
　　EOS 与 ESD 存在差异。EOS 产生于电源、测试设备，持续时间为微秒 - 秒级，损坏现象表现为金属线熔化、发热、高功率；ESD 由静电电荷产生，属于 EOS 的特例，持续时间为纳秒 - 微秒级，损坏位置不易发现。在保护器件方面，EOS 响应速度要求较低，ESD 则要求较高。
　　一、静电对电子元器件的影响
　　静电造成的危害
　　静电吸附灰尘会改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命。静电产生的电场或电流可能破坏元件的绝缘或导体，使元件完全失去工作能力；瞬间的电场或电流产生的热会使元件受伤，虽仍能工作，但寿命会降低。
　　元器件 ESD 损伤失效类型
　　突发性失效：也称硬失效、硬损伤，指元器件的一个或多个电气参数突发劣化，完全失去规定功能。表现为电子元器件自身短路、开路、功能丧失或电气参数严重漂移等。具体包括与电压相关的失效，如介质击穿、PN 结方向漏电流增大；与功率有关的失效，如烧毁、熔断等。这类失效可在产品测试阶段发现，在受静电损伤的半导体器件中，突发性完全失效约占失效总数的 10% 以上。
　　潜在性缓慢失效：如果带电体所带静电位或存储的静电能量较低，或 ESD 放电回路中有限流电阻存在，静电放电脉冲可能不足以引起电子元器件的突发性失效，但强静电场电离绝缘层会在元器件内部造成轻微损伤，且这种损伤是累积性的。随着 ESD 脉冲次数的增加，器件的阀值电压会逐渐下降，电参数逐渐劣化。潜在失效表现为器件使用寿命缩短，或一个本来不会使器件损伤的小脉冲却使器件失效，这种事先难以检测的 “软击穿” 现象给产品留下潜在隐患，占电子元件 ESD 失效总数的 90%。
　　翻转失效：某些逻辑电路在正常运行中记忆状态发生翻转，通常表现为信息丢失或功能暂时变化，无明显硬损伤，在 ESD 发生后、重新输入信息或重新启动设备能自动恢复正常运行。根本原因是 ESD 的电磁辐射产生的电气噪声，ESD 干扰可通过传导或辐射等耦合路径进入电子设备。近场区主要取决于 ESD 源和接收机阻抗的容性耦合、感性耦合，远场区取决于电磁场耦合。具体表现为程序破碎区的位翻转导致程序 “跑飞” 或 “死机”；数据存储区的位翻转造成关键变量翻转，引起功能逻辑紊乱；外设控制寄存器的功能中断导致外设配置状态变换，造成模块间数据通信异常；中断控制器寄存器的功能中断引起意外中断，导致程序异常执行；程序的位翻转引起程序异常执行；JATAG 逻辑的功能中断导致整个 DSP 的复位或死机。在高阻抗电路中，容性耦合占主要成分，ESD 感应电压是主要干扰源；在低阻抗电路中，感性耦合占主要成分，ESD 感应电流是主要干扰源。翻转失效通常会导致通信系统故障、画面显示异常、系统复位、时钟信号抖动、射频电路部分失效等现象。
　　ESD 损伤的特征
　　隐蔽性：人体不能感知静电，除非发生静电放电，且发生放电时也不一定有电击感觉，因为人体感知的静电放电电压为 2 - 3Kv。
　　随机性：电子元件从生产到损坏前的所有过程都受静电威胁，静电的产生和放电瞬间发生，极难预测和防护。
　　复杂性：由于电子产品结构精细微小，检测静电损伤费时、费事、费钱，需要复杂技术和精密仪器，有些静电损伤现象难以与其他原因造成的损伤区分。
　　潜伏性：有些电子元器件受静电损伤后性能无明显下降，但多次累加放电会造成内伤形成隐患，增加器件对静电的敏感性，且已产生的问题无法治愈。
　　二、过度电性应力（EOS）
　　定义：指所有的过度电性应力，当外界电流和电压超过器件的规范条件时，器件会损伤或直接损坏。
　　产生途径
　　电源 AC/DC 干扰、电源噪声和过电压。
　　电路切换导致的瞬变电流 / 峰值 / 低频干扰，持续时间可能达几微秒或几毫秒。
　　程序开关引起的瞬态 / 毛刺 / 短时脉冲干扰。
　　不恰当的工作流程、工作步骤。
　　雷击浪涌干扰、闪电。
　　三、EOS 与 ESD 差异对比
　　对比项目EOSESD
　　产生途径电源、测试设备静电电荷，属于 EOS 的特例
　　持续时间微秒 - 秒级纳秒 - 微秒级
　　损坏现象金属线熔化、发热、高功率可见性不强，损坏位置不易发现
　　损坏程度轻度损坏同 ESD 损坏类似电晶体级别的损坏
　　保护器件响应速度要求较低响应速度要求较高