表1 应力类型、试验方法和失落效模式
电应力失落效分为芯片级和系统级；
在运输、装置和测试中，ESD能量通过端口金属引脚或通过空气耦合进入集成电路芯片内部，损伤端口处ESD保护单元或内部逻辑电路，造成局部短路、开路或者触发电路发生闩锁，导致集成电路逻辑功能失落效；
在整机系统中，设计师虽然进行了奥妙的布线，并且加入了大量的瞬态抑制二极管（TVS）用于提高系统级抗过电应力能力，但由于整机系统事情环境繁芜，仍会涌现一定概率的失落效，以损伤端口处TVS和端口内芯片最为常见。
本文通过仿照电应力（静电、浪涌、直流）来剖析半导体器件在各种极度电应力环境下失落效的征象和机理，及如何利用好TVS降落过电应力危害。
01
仿照静电失落效征象
产品WE05MUC广泛运用于高速数据端口静电和低压浪涌防护，具有IEC 61000-4-2 (ESD) ±25kV (contact)的静电防护能力，当经受超出其能力的IEC 61000-4-2 (ESD) ±30kV (contact)静电能量冲击时，会涌现失落效。
仿照静电导致失落效的芯片局部图如图1和图2。可见样品间失落效征象略有差异，但多条导电通路都涌现了烧毁痕迹，解释构造设计合理ESD能量分布较均匀。
图1 仿照静电导致失落效的芯片局部图A
图2 仿照静电导致失落效的芯片局部图B
静电失落效的紧张特点：
1.静电损伤分为损伤失落效和潜在失落效两种类型，损伤失落效是指元器件在ESD事宜后涌现损伤，完备或部分损失功能；而潜在失落效指静电能量处于临界，静电放电后，仅造成轻微损伤，器件电参数略有变革，但仍旧合格；
2.不同元器件静电损伤描述差异较大，或能看到明显烧伤痕迹，或仅有轻微损伤痕迹，须要高倍显微镜来不雅观察，有时须要去掉金属层才能不雅观察到破坏点。
整机电路中静电破坏分为两种失落效模式：
1.保护器件TVS破坏，须要选择折中考量其他参数，选择等级更强的保护器件；
2.后端电路破坏，紧张与TVS静电钳位电压Vc较高有关，须要折中考量其他参数，选择静电钳位电压更低的TVS器件。
02
仿照浪涌失落效征象
DFN1610封装形状的产品WS1029HP，适用于事情电压10V高压快充Vbat端口，具有浪涌IEC 61000-4-5 (Lightning) 8/20μs IPP 160A的通流能力，当其经受超出其能力的170A及以上浪涌冲击后，会涌现失落效。
仿照浪涌导致失落效的芯片局部图如图3和图4。
图3 仿照浪涌导致失落效的芯片局部图A
图4 仿照浪涌导致失落效的芯片局部图B
浪涌失落效的紧张特点：
1.失落效点大概率发生在器件边缘的PN结位置或者焊线附近，由于边缘PN结，特殊是拐角的位置一样平常是全体器件比较薄弱的位置；其余由于浪涌为微秒级脉冲，过高的能量难以在短韶光内传至全体芯片，因此损伤会有一定机率发生在焊线位置附近；
2.芯片破坏面积相对较小，可以直接不雅观测到烧伤点；
3.一样平常情形下焊线仍旧正常，不会涌现熔断焊线的情形；但如果遭受的浪涌能量过大，仍有一定机率会将焊线损伤熔断。
整机电路中浪涌破坏分为两种失落效模式：
1.保护器件TVS破坏，须要折中考量其他参数，选择更大通流能力的TVS器件；
2.后端电路破坏，紧张与TVS的浪涌钳位电压Vc太高有关，须要折中考量其他参数，选择Vc更低的TVS器件。
03
仿照直流过电压失落效征象
DFN1610封装形状的产品WS1029QP，适用于事情电压15V高压快充Vbus端口，具有浪涌IEC 61000-4-5 (Lightning) 8/20μs IPP 120A的通流能力，其击穿电压为17V，当对其直接施加20V直流电压，且同时不进行任何限流的情形下，器件失落效。
仿照直流过电压导致失落效的芯片局部图如图5和图6。
图5 仿照直流过电压导致失落效的芯片局部图A 图5 仿照直流过电压导致失落效的芯片局部图A
图6 仿照直流过电压导致失落效的芯片局部图B
直流过电压失落效的紧张特点：
1.失落效点常日发生在芯片中央区域，直流过电压破坏时由于能量很大且持续韶光较长，极高的能量有足够的韶光传至芯片中央，随着热量的积聚和温度的升高，芯片被破坏产生熔融通道；
2.芯片破坏面积比较大，常日是大面积烧伤，乃至会将正面金属碳化；
3.焊线常常会涌现熔断的情形，焊线比较细，阻抗大，发热严重，永劫光发热会熔断焊线，乃至会将塑封体烧毁。
整机电路中直流过电压破坏也分为两种失落效模式：
1. 偶发的超出设计者预期的电压颠簸，由于颠簸持续韶光达到微秒或毫秒，导致TVS破坏。首先TVS短路失落效，系统功能失落常，电源电位被拉低；若未及时干预，TVS可能转变为开路，高压浸染于后端电路，有破坏的后端电路可能；
2. 器件选型不当，击穿电压下限低于事情电压颠簸上限，没有足够裕量，也会发生破坏TVS的情形；
综上，在整机电路设计过程中，设计者应充分评估过电应力涌现的各种可能，确定过电应力设计目标，综合考虑所用器件的性能指标和抗过电应力的能力，选用得当的器件，完成干系测试评估，提升整机可靠性。
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