過電應力（EOS）器件、電路與系統

出版說明

作者簡介

譯者序

原書前言

致謝

第1章　EOS基本原理

1.1　EOS001

1.1.1　EOS成本002

1.1.2　產品現場返回—EOS百分比002

1.1.3　產品現場返回—無缺陷與EOS003

1.1.4　產品失效—集成電路的失效003

1.1.5　EOS事件的分類003

1.1.6　過電流005

1.1.7　過電壓005

1.1.8　過電功率005

1.2　EOS解密005

1.2.1　EOS事件006

1.3　EOS源006

1.3.1　制造環境中的EOS源006

1.3.2　生產環境中的EOS源007

1.4　EOS的誤解008

1.5　EOS源最小化008

1.6　EOS緩解008

1.7　EOS損傷跡象009

1.7.1　EOS損傷跡象—電氣特征009

1.7.2　EOS損傷跡象—可見特征010

1.8　EOS與ESD011

1.8.1　大/小電流EOS與ESD事件比較011

1.8.2　EOS與ESD的差異011

1.8.3　EOS與ESD的相同點013

1.8.4　大/小電流EOS與ESD波形比較014

1.8.5　EOS與ESD事件失效損傷比較014

1.9　EMI015

1.10　EMC016

1.11　過熱應力016

1.11.1　EOS與過熱應力016

1.11.2　溫度相關的EOS017

1.11.3　EOS與熔融溫度017

1.12　工藝等比例縮小的可靠性018

1.12.1　工藝等比例縮小可靠性與可靠性浴盆曲線018

1.12.2　可縮放的可靠性設計框019

1.12.3　可縮放的ESD設計框019

1.12.4　加載電壓、觸發電壓和絕對最大電壓019

1.13　安全工作區020

1.13.1　電氣安全工作區021

1.13.2　熱安全工作區021

1.13.3　瞬態安全工作區022

1.14　總結及綜述022

參考文獻023

第2章　EOS模型基本原理

2.1　熱時間常數029

2.1.1　熱擴散時間029

2.1.2　絕熱區時間常數030

2.1.3　熱擴散區時間常數031

2.1.4　穩態時間常數031

2.2　脈沖時間常數031

2.2.1　ESD HBM脈沖時間常數031

2.2.2　ESD MM脈沖時間常數032

2.2.3　ESD帶電器件模型脈沖時間常數032

2.2.4　ESD脈沖時間常數—傳輸線脈沖032

2.2.5　ESD脈沖時間常數—超快傳輸線脈沖033

2.2.6　IEC 61000-4-2脈沖時間常數033

2.2.7　電纜放電事件脈沖時間常數033

2.2.8　IEC 61000-4-5脈沖時間常數033

2.3　EOS數學方法034

2.3.1　EOS數學方法—格林函數034

2.3.2　EOS數學方法—圖像法036

2.3.3　EOS數學方法—熱擴散偏微分方程037

2.3.4　EOS數學方法—帶變系數的熱擴散偏微分方程037

2.3.5　EOS數學方法—Duhamel公式038

2.3.6　EOS數學方法—熱傳導方程積分變換041

2.4　球面模型—Tasca推導044

2.4.1　ESD時間區域的Tasca模型046

2.4.2　EOS時間區域的Tasca模型047

2.4.3　Vlasov-Sinkevitch模型047

2.5　一維模型—Wunsch-Bell推導048

2.5.1　Wunsch-Bell曲線050

2.5.2　ESD時間區域的Wunsch-Bell模型051

2.5.3　EOS時間區域的Wunsch-Bell模型051

2.6　Ash模型052

2.7　圓柱模型—Arkhipov-Astvatsaturyan-Godovsyn-Rudenko推導052

2.8　三維平行六面模型—Dwyer-Franklin-Campbell推導052

2.8.1　ESD時域的Dwyer-Franklin-Campbell模型056

2.8.2　EOS時域的Dwyer-Franklin-Campbell模型057

2.9　電阻模型—Smith-Littau推導057

2.10　不穩定性060

2.10.1　電氣不穩定性060

2.10.2　電氣擊穿060

2.10.3　電氣不穩定性與驟回061

2.10.4　熱不穩定性061

2.11　電遷移與EOS063

2.12　總結及綜述063

參考文獻064

第3章　EOS、ESD、EMI、EMC及閂鎖

3.1　EOS源066

3.1.1　EOS源—雷擊067

3.1.2　EOS源—配電068

3.1.3　EOS源—開關、繼電器和線圈068

3.1.4　EOS源—開關電源068

3.1.5　EOS源—機械設備068

3.1.6　EOS源—執行器069

3.1.7　EOS源—螺線管069

3.1.8　EOS源—伺服電動機069

3.1.9　EOS源—變頻驅動電動機071

3.1.10　EOS源—電纜071

3.2　EOS失效機制072

3.2.1　EOS失效機制：半導體工藝—應用失配072

3.2.2　EOS失效機制：綁定線失效072

3.2.3　EOS失效機制：從PCB到芯片的失效073

3.2.4　EOS失效機制：外接負載到芯片失效073

3.2.5　EOS失效機制：反向插入失效073

3.3　失效機制—閂鎖或EOS074

3.3.1　閂鎖與EOS設計窗口074

3.4　失效機制—帶電板模型或EOS075

3.5　總結及綜述075

參考文獻075

第4章　EOS失效分析

4.1　EOS失效分析介紹078

4.1.1　EOS失效分析—信息搜集與實情發現080

4.1.2　EOS失效分析—失效分析報告及文檔081

4.1.3　EOS失效分析—故障點定位082

4.1.4　EOS失效分析—根本原因分析082

4.1.5　EOS或ESD失效分析—可視化失效分析的差異082

4.2　EOS失效分析—選擇正確的工具086

4.2.1　EOS失效分析—無損檢測方法086

4.2.2　EOS失效分析—有損檢測方法087

4.2.3　EOS失效分析—差示掃描量熱法088

4.2.4　EOS失效分析—掃描電子顯微鏡/能量色散X射線光譜儀088

4.2.5　EOS失效分析—傅裏葉變換紅外光譜儀088

4.2.6　EOS失效分析—離子色譜法089

4.2.7　EOS失效分析—光學顯微鏡089

4.2.8　EOS失效分析—掃描電子顯微鏡090

4.2.9　EOS失效分析—透射電子顯微鏡090

4.2.10　EOS失效分析—微光顯微鏡工具090

4.2.11　EOS失效分析—電壓對比工具092

4.2.12　EOS失效分析—紅外熱像儀092

4.2.13　EOS失效分析—光致電阻變化工具093

4.2.14　EOS失效分析—紅外-光致電阻變化工具093

4.2.15　EOS失效分析—熱致電壓變化工具094

4.2.16　EOS失效分析—原子力顯微鏡工具094

4.2.17　EOS失效分析—超導量子幹涉儀顯微鏡096

4.2.18　EOS失效分析—皮秒級成像電流分析工具098

4.3　總結及綜述099

參考文獻100

第5章　EOS測試和仿真

5.1　ESD測試—器件級103

5.1.1　ESD測試—人體模型103

5.1.2　ESD測試—機器模型105

5.1.3　ESD測試—帶電器件模型106

5.2　傳輸線脈沖測試108

5.2.1　ESD測試—傳輸線脈沖108

5.2.2　ESD測試—超快傳輸線脈沖111

5.3　ESD測試—系統級111

5.3.1　ESD系統級測試—IEC 61000-4-2111

5.3.2　ESD測試—人體金屬模型112

5.3.3　ESD測試—帶電板模型114

5.3.4　ESD測試—電纜放電事件114

5.4　EOS測試116

5.4.1　EOS測試—器件級116

5.4.2　EOS測試—系統級116

5.5　EOS測試—雷擊116

5.6　EOS測試—IEC 61000-4-5117

5.7　EOS測試—傳輸線脈沖測試方法和EOS118

5.7.1　EOS測試—長脈沖TLP測試方法118

5.7.2　EOS測試—TLP方法、EOS和Wunsch-Bell模型119

5.7.3　EOS測試—對於系統EOS評估的TLP方法的局限119

5.7.4　EOS測試—電磁脈沖119

5.8　EOS測試—直流和瞬態閂鎖119

5.9　EOS測試—掃描方法120

5.9.1　EOS測試—敏感度和脆弱性120

5.9.2　EOS測試—靜電放電/電磁兼容性掃描121

5.9.3　電磁幹擾輻射掃描法122

5.9.4　射頻抗擾度掃描法123

5.9.5　諧振掃描法124

5.9.6　電流傳播掃描法124

5.10　總結及綜述127

參考文獻127

第6章　EOS魯棒性—半導體工藝

6.1　EOS和CMOS工藝131

6.1.1　CMOS工藝—結構131

6.1.2　CMOS工藝—安全工作區132

6.1.3　CMOS工藝—EOS和ESD失效機制133

6.1.4　CMOS工藝—保護電路136

6.1.5　CMOS工藝—絕緣體上矽140

6.1.6　CMOS工藝—閂鎖141

6.2　EOS、射頻CMOS以及雙極工藝141

6.2.1　RF CMOS和雙極工藝—結構141

6.2.2　RF CMOS和雙極工藝—安全工作區142

6.2.3　RF CMOS和雙極工藝—EOS和ESD失效機制142

6.2.4　RF CMOS和雙極工藝—保護電路146

6.3　EOS和LDMOS電源技術147

6.3.1　LDMOS工藝—結構147

6.3.2　LDMOS晶體管—ESD電氣測量150

6.3.3　LDMOS工藝—安全工作區150

6.3.4　LDMOS工藝—失效機制151

6.3.5　LDMOS工藝—保護電路153

6.3.6　LDMOS工藝—閂鎖153

6.4　總結及綜述154

參考文獻