常见芯片失效原因—EOS/ESD介绍-Ameya360 electronic components purchasing network

常见芯片失效原因—EOS/ESD介绍

Release time：2025-08-20

author：AMEYA360

source：网络

reading：1233

常见芯片失效原因—EOS/ESD介绍

　　在半导体制造领域，电气过应力(EOS)和静电放电(ESD)是导致芯片失效的两大主要因素，约占现场失效器件总数的50%。它们不仅直接造成器件损坏，还会引发长期性能衰退和可靠性问题，对生产效率与产品质量构成严重威胁。

　　关于ESD

　　ESD(Electrostatic Discharge) 即静电放电，指物体因接触摩擦积累电荷后，与导体接近或接触时发生的瞬间电子转移现象。放电电压可达数千伏，能直接击穿敏感的半导体结构。

　　其产生方式主要包括：人体放电模型(HBM)——人体静电经芯片引脚放电;机器放电模型(MM)——自动化设备累积静电传导至芯片;元件充电模型(CDM)——带电芯片引脚接触接地体时内部电荷释放;电场感应模型(FIM)——外部电场变化引发芯片内部电荷重分布。

　　ESD的危害呈现多重性：一是直接造成晶体管击穿、金属连线断裂等物理损坏;二是引发阈值电压漂移等参数退化，导致性能不稳定;三是形成微观损伤，降低器件长期可靠性;四是导致数据丢失或误操作，威胁系统安全。其隐蔽性和随机性进一步增加了防控难度。

　　关于ESD的防护需采取综合措施：

　　耗散：使用表面电阻为10⁵–10¹¹Ω的防静电台垫、地板等材料;

　　泄放：通过接地导线、防静电手环/服装/鞋实现人员与设备接地;

　　中和：在难以接地的区域采用离子风机中和电荷;

　　屏蔽：利用法拉第笼原理对静电源或产品进行主动/被动屏蔽;

　　增湿：提高环境湿度作为辅助手段;

　　电路设计：在敏感元器件集成防静电电路，但需注意其防护能力存在上限。

　　关于EOS

　　EOS(Electrical Over Stress) 指芯片承受的电压或电流超过其耐受极限，通常由持续数微秒至数秒的过载引发。

　　主要诱因包括：电源电压瞬变(如浪涌、纹波)、测试程序热切换导致的瞬态电流、雷电耦合、电磁干扰(EMI)、接地点反跳(接地不足引发高压)、测试设计缺陷(如上电时序错误)及其他设备脉冲干扰。

　　EOS的失效特征以热损伤为主：过载电流在局部产生高热，导致金属连线大面积熔融、封装体碳化焦糊，甚至金/铜键合线烧毁。即使未造成物理破坏，也可能因热效应诱发材料特性衰退，表现为参数漂移或功能异常。更严重的是，EOS损伤会显著降低芯片的长期可靠性，增加后期故障率。

　　EOS防护的核心是限制能量注入：

　　阻容抑制：串联电阻限制进入芯片的能量;

　　TVS二极管：并联瞬态电压抑制器疏导过压能量，建议搭配电阻使用以分担浪涌冲击;

　　材料防护：采用静电屏蔽包装和抗静电材料;

　　工作环境：使用防脉冲干扰的安全工作台，定期检查无静电材料污染;

　　设计加固：优化芯片耐压结构及布局走线，减少电磁干扰影响。

　　芯片级保护器

　　为应对ESD/EOS威胁，需在电路中增设专用保护器件：

　　ESD保护器：吸收并分散静电放电的高能量，防止瞬时高压脉冲损伤核心芯片，作用类似"防护罩"。

　　EOS保护器：限制过电压幅值，通过疏导能量充当"安全阀"，避免持续过应力导致热积累。

　　不同应用场景对保护器参数要求各异：

　　汽车领域：需耐受-55℃~150℃极端温度、36V高电压及300A浪涌电流，符合AEC-Q101认证;

　　工业与物联网：要求-40℃~85℃工作范围及±15kV ESD防护能力，通过JEDEC标准;

　　消费电子：侧重低结电容(0.1pF~2000pF)和±8kV ESD防护，适应2.5V~30V电压环境。

　　保护器通常置于信号线/电源线与核心IC之间，确保过电压在到达敏感元件前被拦截，显著提升系统鲁棒性。

　　失效分析与防控策略

　　区分ESD与EOS失效是诊断的关键：ESD因纳秒级高压放电，多表现为衬底击穿、多晶硅熔融等点状损伤;而EOS因持续热效应，常引发氧化层/金属层大面积熔融或封装碳化。但短脉冲EOS与ESD损伤形态相似，且ESD可能诱发后续EOS，此时需通过模拟测试复现失效：对芯片施加HBM/MM/CDM模型(ESD)或毫秒级过电应力(EOS)，对比实际失效特征以确定根源。

　　产线改良需针对性施策：

　　加强ESD防护：检查人员接地设备、工作台防静电材料有效性，控制环境湿度;

　　抑制电气干扰：为电源增加过压保护及噪声滤波装置，避免热插拔操作;

　　优化接地设计：杜绝接地点反跳(电流转换引发高压);

　　规范操作流程：严格执行上电时序，隔离外部脉冲干扰源。

（"Note: The information presented in this article is gathered from the internet and is provided as a reference for educational purposes. It does not signify the endorsement or standpoint of our website. If you find any content that violates copyright or intellectual property rights, please inform us for prompt removal."）

行业新闻

复旦大学研发出“纤维芯片”，攻克柔性电子核心瓶颈！

　　据科技日报报道，智能设备的“柔性化”始终卡在一个关键瓶颈：作为“大脑”的芯片，长久以来都是硬质的。复旦大学彭慧胜/陈培宁团队成功在弹性高分子纤维内部，构建出大规模集成电路，研发出全新的“纤维芯片”，为解决“柔性化”难题提供了新的有效路径。这项成果于1月22日发表在国际期刊《自然》上。图为成卷的“纤维芯片”。复旦大学供图　　传统芯片的制造，主要是在平整稳定的硅片上构建高密度集成电路。而复旦团队的思路是“重构形态”——他们提出“多层旋叠架构”。“这好比把一张画满精密电路的平面图纸，螺旋式地嵌入一根细线中。”论文第一作者、博士生王臻如此比喻。该设计使纤维内部的空间得到极致利用，实现了一维受限尺寸内的高密度集成。“纤维芯片”虚拟现实应用示意图和实物图。复旦大学供图　　然而，在柔软、易变形的纤维中制造高精度电路，难度无异于在“软泥地”里盖高楼。为此，团队开发了与目前光刻工艺有效兼容的制备路线。他们首先采用等离子体刻蚀技术，将弹性高分子表面“打磨”至低于1纳米的粗糙度，有效满足商业光刻要求。随后，在弹性高分子表面沉积一层致密的聚对二甲苯膜层，为电路披上一层“柔性铠甲”。这层保护膜不仅可以有效抵御光刻中所用极性溶剂对弹性基底的侵蚀，还能缓冲电路层受到的应变，确保纤维芯片在反复弯折、拉伸变形后，电路层结构和性能依然稳定。　　相关制备方法可与目前成熟的芯片制造工艺有效兼容，为其从实验室走向规模化制备和应用奠定了坚实基础。　　该成果有望为纤维电子系统的集成提供新的路径，有望实现从“嵌入”到“织入”的转变，助力脑机接口、电子织物、虚拟现实等新兴领域的变革发展。

2026-01-22 16:38 reading：358

model	brand	Quote
CDZVT2R20B	ROHM Semiconductor
BD71847AMWV-E2	ROHM Semiconductor
RB751G-40T2R	ROHM Semiconductor
TL431ACLPR	Texas Instruments
MC33074DR2G	onsemi

model

brand

Quote

ROHM Semiconductor

ROHM Semiconductor

ROHM Semiconductor

Texas Instruments

onsemi

model	brand	To snap up
STM32F429IGT6	STMicroelectronics
TPS63050YFFR	Texas Instruments
BP3621	ROHM Semiconductor
ESR03EZPJ151	ROHM Semiconductor
IPZ40N04S5L4R8ATMA1	Infineon Technologies
BU33JA2MNVX-CTL	ROHM Semiconductor

model

brand

To snap up

STMicroelectronics

Texas Instruments

ROHM Semiconductor

ROHM Semiconductor