是什么导致半导体器件发生故障？第二部分

半导体设备应在设备制造商规定的电压、电流和功率限制范围内运行。这些限制适用于设备的电源和 I/O 连接。当设备在此“安全工作区”(SOA) 之外运行时，电气过应力 (EOS) 会导致内部电压击穿，进而导致内部损坏，从而毁坏设备。如果 EOS 产生更高的电流，则设备也会过热，从而导致故障原因增加热过应力。增加的热应力导致二次模式故障，之所以命名是因为热应力来自主 EOS。

双极晶体管的内部视图显示了施加到晶体管基极的高压瞬变（EOS）如何通过创建基极-发射极短路来损坏器件。设备失败。

电路设计人员可以通过正确指定组件并降低其规格来最大程度地减少 EOS 故障。他们还可以在设计中包含必要的保护器件，例如齐纳二极管、铁氧体磁珠、滤波器、压敏电阻等，以防止电应力到达关键器件。芯片设计人员可以在他们的 IC 上加入保护装置。此外，测试工程师必须确保测试人员不会在产品经过测试步骤或老化时对设备造成过度应力。测试电路应提供与产品内部电路相同类型的保护。

静电放电 (ESD) 是 EOS 类别的一个子集。ESD 可在任何阶段影响电子设备的功能——在设备制造、测试、处理、组装、生产或现场使用期间。1,2,3 当电荷因任何原因积聚在表面上时，就会发生 ESD。由于摩擦起电，在地毯上行走的人会产生高达 20 kV 的静态电压。此外，使用塑料部件的机器会产生静电荷。显然，将这种电荷耗散到半导体中会损坏器件。 

ESD 不一定会立即导致组件故障；它可能会导致组件中的潜在缺陷在常规测试期间无法检测到。当系统在现实的非实验室条件下运行时，这种“弱化”的组件更有可能在现场出现故障。

通常，ESD 损坏通过以下方式表现出来：

· 放电或电过应力会损坏设备。损坏会导致高于正常的电流流动，从而导致热过应力。热过应力熔化金属互连并损坏结。

· 强电场会导致结和薄氧化层的击穿。

· ESD 感应场可耦合到 PCB 走线并产生可熔化半导体结的高电流。

· 由于可控硅整流器 (SCR) 的触发，放电会导致 CMOS 器件中的“闩锁”。 

我们可以在 CMOS RS-232C 收发器 IC 的显微照片中看到 ESD 损坏的影响。分析表明，ESD 瞬态引起的闩锁是IC 器件故障的原因。由于器件中的寄生 pnpn 结构，CMOS 集成电路特别容易出现 ESD 和闩锁问题。 

这些结构形成 SCR，当任何引脚放电触发时，SCR 将继续导通，就像器件的 VDD 和 VSS 引脚之间的短路一样。闭锁不可避免地会导致过热和设备故障。在严重的情况下，由于设备在自身损坏之前产生的高温，设备会被烧焦（图2）。在另一个发生故障的器件中，来自 ESD 的能量通过氧化层烧毁了一个微小的孔，这导致了随后的故障。 

当我们检测到由 ESD 引起的故障时，请提醒我们公司的工程师、技术人员和其他员工在存储、处理、组装和测试过程中采取一些简单的预防措施，以最大程度地减少 ESD 造成的损坏影响。标准预防措施包括：

· 将电子元件存放在消散静电的管和箱中；

· 组装时佩戴腕带；

· 手工焊接时，使用接地端焊接设备；

· 使用防静电工作台和地板；和

· 将组件包装在消散静电的袋子中。

组件故障分为两个子组：一批组件中通过初始测试的问题，以及组件设计中出现的问题。

有时，一批组件中会出现多于正常数量的故障。这些组件通过了最初的生产测试，然后处理不当、包装技术不佳以及组装、测试和运输过程中的问题通过导致仅在最终组装后才出现的潜在缺陷“削弱”了组件。根据我们的分析，我们可能需要重新评估我们的传入测试和处理流程。我们可能需要与供应商合作以“收紧”产品规格。

一个组件中的小但非致命故障可能会级联并导致其他组件中的破坏性故障。考虑开关电源中的变压器的情况。漏感等寄生效应会引起电压尖峰，进而导致开关晶体管击穿。我们可能必须隔离故障并回溯以找到主要原因。然后，我们需要与制造商和 QA 人员合作，以确保我们获得的产品符合我们所需的严格公差。