AMAZINGIC晶焱科技：在生產線或應用時，造成EOS破壞的原因

隨著半導體制程技術越來越先進、操作電壓越來越低以及系統功能越來越復雜，導致EOS (Electrical Over Stress，過度電性應力) 更容易竄到系統內部，使得損壞面積加大。多年來，EOS一直是科技產業產品故障率最高的原因之一。但就解決時間和成本而言，發生EOS的代價過于昂貴，因此在大多數的應用中，會提供產品中的失效元件給供應商，供應商利用專業的量測與分析來判斷失效現象并尋找出失效的根本原因，以此實施有效的解決方案，否則極可能會影響整個產品的長期可靠性。

如圖一所示，造成EOS破壞的原因可以分為三大類。第一類為自然環境的EOS事件：主要發生在戶外或有連接戶外線纜的產品。如連接室外網路線的路由器、連接室外攝影機的DVR監控主機或連接室外天線的電視機等等，在天氣不佳時可能直接遭受雷擊的攻擊，亦或因間接雷擊感應至線材而竄進產品內部，皆是造成EOS損毀的原因之一。此外，雖然很多系統會針對室外電纜接口完成EOS防護設計，但若系統接地不良造成雷擊能量宣泄不及，可能透過與其他系統連接的介面(如HDMI)宣泄到相連接的系統，此時極可能造成此連接兩系統的介面發生EOS損毀。

第二類為系統操作時的EOS事件：這一類的事件除了在消費者使用系統時可能發生，亦有可能出現在工廠生產線測試或組裝階段。常見的現象包括：測試電流或電壓不穩定、測試治具破損、接頭排針或觸點歪斜導致錯孔、接頭反接、帶電切換開關、熱插拔…等等。熱插拔意味著在帶電的情況下，突然改變電流，因此可能產生危險的感應電壓影響系統運作。而且在插拔時，極易造成線纜中電源或訊號發生overshoot或undershoot的不穩定現象。更嚴重的情況可能發生在連接兩個接地電位不同的設備時，極可能因過大電壓差或大電流而發生EOS損毀，此時甚至可以觀察到火花。為了避免熱插拔造成的 EOS 損壞，許多行業會在連接器上使用先插后斷 (First Mate Last Break, FMLB) 的接地點，執行上只需延長接地觸針即可。使用這樣的連接器時，接地觸針會先觸碰系統的地，在拔出過程中最后斷開，從而確保有100%可靠的接地電位可以參考。

此外，還需要特別注意電源端是否有電壓不穩定的狀況，在開發中國家的電源基礎設施可能不夠健全，因此容易有電源電壓不穩定的情形，導致大能量的突波，造成EOS破壞。上述系統工作期間可能遭遇的EOS事件，可以透過系統的散熱設計、穩壓設計、有效的OVP或TVS防護方案來減低EOS對產品造成的破壞。

第三類是因瞬態雜訊 (transient noise) 所引起的EOS事件：這樣的現象可能存在于系統耦合RF、雜散EMI或電磁脈沖…等，而發生EOS現象。舉例來說，當使用天線或雷達時，若有雜訊被天線接收，系統中需要設計適當的防護電路及濾波電路，否則經由電路放大后的雜訊可能造成探測器的電路永久損壞。而在配電箱電源或電路中的繼電器開關切換時，高頻的突波亦可能直接損壞系統。因此在負載較大的電路中或設備較敏感時，應考量添加防護元件或使用穩壓設備。此外，若系統中存在馬達或逆變器等容易產生雜訊的部件，若未經適當的屏蔽或隔離，原有的高頻突波透過線纜的電感和電容效應，亦可能在后端轉變成低頻的EOS突波[1]，進而導致后端產品受到EOS損壞。

圖一、造成EOS的根本原因

根據統計發現，最常見的EOS原因包含熱插拔、過電壓、電源突波和元件焊接錯誤，大部分損壞不是發生在元件制造過程中，而是發生在PCB/模組組裝過程中(約30 %)或應用過程中(約40%) [2]。另外在分析EOS問題時，最重要的是充分描述發生情況以及量化數據，包括異常是如何被發現？是否可以復現？應用場景？突波可能的路徑與能量大小，甚至是IC損壞的情形(封裝熔化/打線燒斷/晶片燒毀)等等，這些資訊可以讓EOS分析變得更加準確。如以下實際案例，搜集損毀的樣品，發現大多IC燒毀的情況皆為單一元件被熔毀所造成的損害，使用surge設備復現出相同的燒毀現象后，進而得知是遭受7A左右的8/ 20?s突波能量導致損壞，因此可以建議使用IPP大于7A的防護元件提供系統保護，能夠改善當前60%以上的EOS問題，如圖二。這就是譬如把TVS想像成保險絲的概念，萬一TVS損毀時，可以使用復現的方法得知遭遇多大的突波能量，進而選擇更加正確的TVS。只要設計時在端口或是電源加入適當的TVS防護元件，既可以在事前做好防護的工作，避免系統產品損壞或死機，導致損耗提高成本，也可以減少客退問題，提升公司的品牌形象。

圖二、使用Surge機臺復現出EOS損毀現象

晶焱科技有先進的靜電放電防護設計技術，特別針對需要EOS防護的產品，開發出不同封裝且多種規格的突波防護元件，可供客戶依照產品需求做選用，如圖三。晶焱科技利用自有的專利技術推出一系列保護元件，對應不同的應用提供0603的方案，單體ESD耐受度皆超過30kV且具有EOS防護的能力。其中0603封裝大小只有1.6 mm x 1.0mm，厚度只有0.5 mm，可滿足新產品對于小封裝的需求。隨著未來的新科技走向，晶焱科技將持續開發出更加符合市場客戶需求的防護元件，亦可提供客制化產品的完美方案。

圖三、晶焱科技在DFN1610包裝的EOS防護方案列表