是什么導致半導體器件發(fā)生故障？第二部分

半導體設備應在設備制造商規(guī)定的電壓、電流和功率限制范圍內(nèi)運行。這些限制適用于設備的電源和 I/O 連接。當設備在此“安全工作區(qū)”(SOA) 之外運行時，電氣過應力 (EOS) 會導致內(nèi)部電壓擊穿，進而導致內(nèi)部損壞，從而毀壞設備。如果 EOS 產(chǎn)生更高的電流，則設備也會過熱，從而導致故障原因增加熱過應力。增加的熱應力導致二次模式故障，之所以命名是因為熱應力來自主 EOS。

雙極晶體管的內(nèi)部視圖顯示了施加到晶體管基極的高壓瞬變（EOS）如何通過創(chuàng)建基極-發(fā)射極短路來損壞器件。設備失敗。

電路設計人員可以通過正確指定組件并降低其規(guī)格來最大程度地減少 EOS 故障。他們還可以在設計中包含必要的保護器件，例如齊納二極管、鐵氧體磁珠、濾波器、壓敏電阻等，以防止電應力到達關(guān)鍵器件。芯片設計人員可以在他們的 IC 上加入保護裝置。此外，測試工程師必須確保測試人員不會在產(chǎn)品經(jīng)過測試步驟或老化時對設備造成過度應力。測試電路應提供與產(chǎn)品內(nèi)部電路相同類型的保護。

靜電放電 (ESD) 是 EOS 類別的一個子集。ESD 可在任何階段影響電子設備的功能——在設備制造、測試、處理、組裝、生產(chǎn)或現(xiàn)場使用期間。1,2,3 當電荷因任何原因積聚在表面上時，就會發(fā)生 ESD。由于摩擦起電，在地毯上行走的人會產(chǎn)生高達 20 kV 的靜態(tài)電壓。此外，使用塑料部件的機器會產(chǎn)生靜電荷。顯然，將這種電荷耗散到半導體中會損壞器件。 

ESD 不一定會立即導致組件故障；它可能會導致組件中的潛在缺陷在常規(guī)測試期間無法檢測到。當系統(tǒng)在現(xiàn)實的非實驗室條件下運行時，這種“弱化”的組件更有可能在現(xiàn)場出現(xiàn)故障。

通常，ESD 損壞通過以下方式表現(xiàn)出來：

· 放電或電過應力會損壞設備。損壞會導致高于正常的電流流動，從而導致熱過應力。熱過應力熔化金屬互連并損壞結(jié)。

· 強電場會導致結(jié)和薄氧化層的擊穿。

· ESD 感應場可耦合到 PCB 走線并產(chǎn)生可熔化半導體結(jié)的高電流。

· 由于可控硅整流器 (SCR) 的觸發(fā)，放電會導致 CMOS 器件中的“閂鎖”。 

我們可以在 CMOS RS-232C 收發(fā)器 IC 的顯微照片中看到 ESD 損壞的影響。分析表明，ESD 瞬態(tài)引起的閂鎖是IC 器件故障的原因。由于器件中的寄生 pnpn 結(jié)構(gòu)，CMOS 集成電路特別容易出現(xiàn) ESD 和閂鎖問題。 

這些結(jié)構(gòu)形成 SCR，當任何引腳放電觸發(fā)時，SCR 將繼續(xù)導通，就像器件的 VDD 和 VSS 引腳之間的短路一樣。閉鎖不可避免地會導致過熱和設備故障。在嚴重的情況下，由于設備在自身損壞之前產(chǎn)生的高溫，設備會被燒焦（圖2）。在另一個發(fā)生故障的器件中，來自 ESD 的能量通過氧化層燒毀了一個微小的孔，這導致了隨后的故障。 

當我們檢測到由 ESD 引起的故障時，請?zhí)嵝盐覀?span>公司的工程師、技術(shù)人員和其他員工在存儲、處理、組裝和測試過程中采取一些簡單的預防措施，以最大程度地減少 ESD 造成的損壞影響。標準預防措施包括：

· 將電子元件存放在消散靜電的管和箱中；

· 組裝時佩戴腕帶；

· 手工焊接時，使用接地端焊接設備；

· 使用防靜電工作臺和地板；和

· 將組件包裝在消散靜電的袋子中。

組件故障分為兩個子組：一批組件中通過初始測試的問題，以及組件設計中出現(xiàn)的問題。

有時，一批組件中會出現(xiàn)多于正常數(shù)量的故障。這些組件通過了最初的生產(chǎn)測試，然后處理不當、包裝技術(shù)不佳以及組裝、測試和運輸過程中的問題通過導致僅在最終組裝后才出現(xiàn)的潛在缺陷“削弱”了組件。根據(jù)我們的分析，我們可能需要重新評估我們的傳入測試和處理流程。我們可能需要與供應商合作以“收緊”產(chǎn)品規(guī)格。

一個組件中的小但非致命故障可能會級聯(lián)并導致其他組件中的破壞性故障?？紤]開關(guān)電源中的變壓器的情況。漏感等寄生效應會引起電壓尖峰，進而導致開關(guān)晶體管擊穿。我們可能必須隔離故障并回溯以找到主要原因。然后，我們需要與制造商和 QA 人員合作，以確保我們獲得的產(chǎn)品符合我們所需的嚴格公差。