ESD和EOS測試的區別和聯(lián)系

手機制造伴隨著(zhù)消費者越來(lái)越高的體驗中追求和品牌時(shí)代的崛起，越來(lái)越多的電子產(chǎn)品制造廠(chǎng)商不得不對品質(zhì)提出了更嚴格的管控。

所以討論這兩個(gè)關(guān)系的前提就是需要先了解售后跟蹤與分析。

下圖是一個(gè)美國上世紀八十年代美方一組統計數據。

產(chǎn)品現場(chǎng)返回--EOS 百分比

也就是半導體行業(yè)主要困難之一，跟蹤，記錄和維護這些現成失效的數據比例。

在功能機時(shí)代，手機價(jià)格比較低而且流行機海戰術(shù)，每款型號出貨百萬(wàn)級都不得了，成本要求很苛刻，一個(gè)電子產(chǎn)品的BOM清單里面比較容易更換供應商品牌，對生產(chǎn)批次也無(wú)記錄。

而隨著(zhù)蘋(píng)果的快速崛起，蘋(píng)果一款手機上億臺出貨，國內品牌也開(kāi)始猛砍機型數量集中資源打造明星爆款機型，現在OPPO,VIVO,華為，小米等品牌都有超過(guò)千萬(wàn)爆款產(chǎn)品，魅族，金立等品牌

也有幾百萬(wàn)機型。

而這給硬件設計者很大的壓力。因為任何一個(gè)設計的BUG帶來(lái)都是批量的售后反饋以及對甚至對品牌或者某款機型帶來(lái)滅頂之災。

ESD模型圖片

當年美國就和羅馬及紐約的可靠性分析中心（RAC）共同建立的現場(chǎng)失效返回程序（FFRP）。其目標如下

1 識別高失效率或者器件問(wèn)題。

2 從失效分析中識別失效根源。

3 信息反饋給公司內部，測試機構，以及供應商來(lái)采取糾正措施。

對于已經(jīng)產(chǎn)生的失效，品牌客戶(hù)當地售后的信息收集與現場(chǎng)分析很關(guān)鍵。這與終端消費者使用習慣，電網(wǎng)環(huán)境，充電環(huán)境特別是不同來(lái)源的充電器有很大關(guān)系。

經(jīng)常我們碰到一個(gè)問(wèn)題就是一塊電子產(chǎn)品電性能失效了，為了下一步能夠改善。研發(fā)需要分析究竟是ESD還是EOS造成的損傷。

區分可以分為以下

一 電荷與電流的性質(zhì)與來(lái)源；

ESD事件與摩擦生電及電荷積累有關(guān)，伴隨電接觸和電弧放電燈快速放電過(guò)程產(chǎn)生。ESD電流與積累的電荷放電過(guò)程有關(guān)。而在市場(chǎng)反饋上面與各地氣候是否干燥，冬季還是夏季有關(guān)。

EOS事件則與電壓或者電流閑逛，該電壓或者電流與電源，發(fā)電設備，機械及工具，包括附近的用電設備有關(guān)。

某品牌的手機充電器在西部某地經(jīng)常有反饋燒壞，后來(lái)跟蹤了解到是因為附近有大型用電設備啟動(dòng)時(shí)給電網(wǎng)雜波影響。而家里的用電設備比如電動(dòng)車(chē)充電也有可能影響。

二 特征響應時(shí)間與波形定義

ESD特征響應時(shí)間與電荷積累的機制和放電過(guò)程有有關(guān)，為統一標準，行業(yè)定義了人體模型（HBM），機器模型(MM)，人工金屬模型（HMM）,IEC610004-2及傳輸線(xiàn)脈沖(TLP)

等。而時(shí)間常數在亞納秒到數百納秒。

EOS沒(méi)有特征響應時(shí)間，也許是短時(shí)間也可能是長(cháng)時(shí)間比如秒級。包括防呆設計（插反及支流反接，錯接）都屬于EOS事件。而對于目前國內同行從2014年開(kāi)始流行的EOS標準，主要8/20uS及IEC61000-4-5這個(gè)標準。

而有些手機經(jīng)常連接車(chē)充充電。而在車(chē)載行業(yè)標準ISO 7637標準。則是mS級波形。

三 周期性

ESD事件具有典型非周期性，通常是個(gè)單脈沖，可能是單極也可能是雙向的。

EOS則有可能周期與非周期，單極性或者雙向性，在電源上可能是諧波震蕩。

四 可重復性

ESD 事件是不可重復的事件，而EOS大部分情況下可重復可復現。

五 失效機制

ESD造成的失效通常是局部的，比如在半導體芯片中功能模塊的一個(gè)小的區域，電流與電壓顯著(zhù)時(shí)則可能有更大面積。所以ESD失效更多情況下是芯片局部功能的失效。

而EOS損傷經(jīng)常伴隨其他額外的失效

1 綁定PAD，焊點(diǎn)連接失效 。

2 焊線(xiàn)分層

3 焊線(xiàn)彎曲

4 焊線(xiàn)熔化

5 封裝密封材料

6 封裝成型材料

7 封裝漿料

8 封裝脫層變色，熔化，甚至炭化。有些誤操作造成EOS損壞同時(shí)伴隨有封裝材料熔化帶來(lái)的異味臭味。個(gè)別電源接口的連機器，機客嚴重變形。

9 PCB失效。

10 EOS典型如TVS ，OVP IC 等失效。

六 失效分析方式

失效分析是有其標準的流程

1 信息收集，失效設備或現場(chǎng)定位，是制造哪個(gè)過(guò)程，包括是SMT貼片前還是貼片后組裝測試前哪個(gè)工段，又或者是量產(chǎn)最后測試以及售后，不良比例，這些信息都很關(guān)鍵。

作為失效分析工程師要第一時(shí)間聯(lián)系現場(chǎng)技術(shù)人員最好趕赴現場(chǎng)與操作人員調查每一個(gè)環(huán)節，有時(shí)候操作人員的一個(gè)不經(jīng)意的細節都有可能縮短分析時(shí)間，直指問(wèn)題關(guān)鍵點(diǎn)，

特別敏感哪一個(gè)操作關(guān)鍵影響器件性能變化，究竟是高溫？高壓？或者大電流？周?chē)?/span>ESD措施是否合理。特別是最近走訪(fǎng)一些標準化的工廠(chǎng)垃圾桶都是防ESD處理的。

2 失效的分析

可以直觀(guān)檢查有故障或者缺陷特別是外觀(guān)檢查，在就是檢查是否開(kāi)路，短路或者漏電或者阻抗是否正常。對于分立器件的失效有經(jīng)驗的工廠(chǎng)維修人員用萬(wàn)用表基本可以確定問(wèn)題了。

歸類(lèi)有以下無(wú)損檢測

光學(xué)檢測

超聲顯微鏡檢查

X射線(xiàn)檢測

電氣測量

不過(guò)深入的分析舉就要借助各類(lèi)設備

3 比較替換

調換實(shí)驗，這也是泛采用的一種方式，異常是否跟著(zhù)物料走，不過(guò)需要注意的是調換實(shí)驗不可避免帶來(lái)高溫，ESD的影響。這就需要另外的措施避免失效。

4 數據庫檢查

追溯工廠(chǎng)時(shí)間與統計數據，檢查物料參數與工廠(chǎng)生產(chǎn)差異。

5 電氣測試仿真

模擬失效環(huán)境復現問(wèn)題。用ESD(有HBM,MM,CDM,大部分客戶(hù)還是用IEC61000-4-2標準空氣或者接觸放電來(lái)核實(shí)問(wèn)題）測試看是否可以復制電氣特性與可見(jiàn)特征。

對于ESD失效比較常見(jiàn)的就是生產(chǎn)過(guò)程中MOS的失效。

EOS很容易復現問(wèn)題，但是很難確認實(shí)際的EOS是哪一種時(shí)間常數與模式，究竟是反插還是直流過(guò)壓或者浪涌高壓。這個(gè)時(shí)候我們最好同時(shí)也分析外圍其他關(guān)聯(lián)器件是否有失效產(chǎn)

生。

七 EOS的預防和控制

生產(chǎn)中的EOS來(lái)源有烙鐵，電動(dòng)工具和電源整流。

制造中的防止EOS與控制ESD有明顯區別，

控制靜電放電與避免電荷積累和摩擦帶電現象的電荷積累有管，ESD控制例子有

導電地板

工作間地板

人員接地腕帶腳帶

服裝

手推車(chē)

空氣電離

濕度控制

ESD預防與電荷及電荷轉移有關(guān)，與此相反，產(chǎn)區的EOS防護與電連接，不正確的連接，外部負載，輸入電源線(xiàn)路質(zhì)量，噪聲，電磁干擾與瞬態(tài)現象有關(guān)。