【创芯大讲堂免费试读】 过电应力（EOS）器件、电路与系统

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目 录
译者序
作者简介
原书前言
致谢
第1章EOS基本原理1
1.1EOS1
1.1.1EOS成本2
1.1.2产品现场返回——EOS百分比2
1.1.3产品现场返回——无缺陷与EOS3
1.1.4产品失效——集成电路的失效3
1.1.5EOS事件的分类3
1.1.6过电流5
1.1.7过电压5
1.1.8过电功率5
1.2EOS解密6
1.2.1EOS事件6
1.3EOS源7
1.3.1制造环境中的EOS源7
1.3.2生产环境中的EOS源8
1.4EOS的误解8
1.5EOS源最小化9
1.6EOS减缓9
1.7EOS损伤迹象10
1.7.1EOS损伤迹象——电气特征10
1.7.2EOS损伤迹象——可见特征10
1.8EOS与ESD11
1.8.1大/小电流EOS与ESD事件比较12
1.8.2EOS与ESD的差异12
1.8.3EOS与ESD的相同点14
1.8.4大/小电流EOS与ESD波形比较14
1.8.5EOS与ESD事件失效损伤比较14
1.9EMI16
1.10EMC16
1.11过热应力17
1.11.1EOS与过热应力17
1.11.2温度相关的EOS18
1.11.3EOS与熔融温度18
1.12工艺等比例缩小的可靠性19
1.12.1工艺等比例缩小可靠性与浴盆曲线可靠性19
1.12.2可缩放的可靠性设计框20
1.12.3可缩放的ESD设计框20
1.12.4加载电压、触发电压和绝对最大电压20
1.13安全工作区21
1.13.1电气安全工作区22
1.13.2热安全工作区22
1.13.3瞬态安全工作区22
1.14总结及综述23
参考文献24
第2章EOS模型基本原理30
2.1热时间常数30
2.1.1热扩散时间30
2.1.2绝热区时间常数31
2.1.3热扩散区时间常数32
2.1.4稳态时间常数32
2.2脉冲时间常数32
2.2.1ESD HBM脉冲时间常数32
2.2.2ESD MM脉冲时间常数33
2.2.3ESD充电器件模型脉冲时间常数33
2.2.4ESD脉冲时间常数——传输线脉冲33
2.2.5ESD脉冲时间常数——超快传输线脉冲34
2.2.6IEC61000-4-2脉冲时间常数34
2.2.7电缆放电事件脉冲时间常数34
2.2.8IEC61000-4-5脉冲时间常数35
2.3EOS数学方法35
2.3.1EOS数学方法——格林函数35
2.3.2EOS数学方法——图像法37
2.3.3EOS数学方法——热扩散偏微分方程39
2.3.4EOS数学方法——带变系数的热扩散偏微分方程39
2.3.5EOS数学方法——Duhamel公式39
2.3.6EOS数学方法——热传导方程积分变换43
2.4球面模型——Tasca推导46
2.4.1ESD时间区域的Tasca模型49
2.4.2EOS时间区域的Tasca模型49
2.4.3Vlasov-Sinkevitch模型50
2.5一维模型——Wunsch-Bell推导50
2.5.1Wunsch-Bell曲线53
2.5.2ESD时间区域的Wunsch-Bell模型53
2.5.3EOS时间区域的Wunsch-Bell模型54
2.6Ash模型54
2.7圆柱模型——Arkhipov-Astvatsaturyan-Godovsyn-Rudenko推导55
2.8三维平行六面模型——Dwyer-Franklin-Campbell推导55
2.8.1ESD时域的Dwyer-Franklin-Campbell模型60
2.8.2EOS时域的Dwyer-Franklin-Campbell模型60
2.9电阻模型——Smith-Littau推导61
2.10不稳定性63
2.10.1电气不稳定性63
2.10.2电气击穿64
2.10.3电气不稳定性与骤回64
2.10.4热不稳定性65
2.11电迁移与EOS67
2.12总结及综述67
参考文献68
第3章EOS、ESD、EMI、EMC及闩锁70
3.1EOS源70
3.1.1EOS源——雷击71
3.1.2EOS源——配电72
3.1.3EOS源——开关、继电器和线圈72
3.1.4EOS源——开关电源72
3.1.5EOS源——机械设备73
3.1.6EOS源——执行器73
3.1.7EOS源——螺线管73
3.1.8EOS源——伺服电动机73
3.1.9EOS源——变频驱动电动机75
3.1.10EOS源——电缆75
3.2EOS失效机制76
3.2.1EOS失效机制：半导体工艺—应用适配76
3.2.2EOS失效机制：绑定线失效76
3.2.3EOS失效机制：从PCB到芯片的失效77
3.2.4EOS失效机制：外接负载到芯片失效78
3.2.5EOS失效机制：反向插入失效78
3.3失效机制——闩锁或EOS78
3.3.1闩锁与EOS设计窗口79
3.4失效机制——充电板模型或EOS79
3.5总结及综述80
参考文献80
第4章EOS失效分析83
4.1EOS失效分析83
4.1.1EOS失效分析——信息搜集与实情发现85
4.1.2EOS失效分析——失效分析报告及文档86
4.1.3EOS失效分析——故障点定位87
4.1.4EOS失效分析——根本原因分析87
4.1.5EOS或ESD失效分析——可视化失效分析的差异87
4.2EOS失效分析——选择正确的工具91
4.2.1EOS失效分析——无损检测方法92
4.2.2EOS失效分析——有损检测方法93
4.2.3EOS失效分析——差分扫描量热法93
4.2.4EOS失效分析——扫描电子显微镜/能量色散X射线光谱仪94
4.2.5EOS失效分析——傅里叶变换红外光谱仪94
4.2.6EOS失效分析——离子色谱法94
4.2.7EOS失效分析——光学显微镜95
4.2.8EOS失效分析——扫描电子显微镜96
4.2.9EOS失效分析——透射电子显微镜96
4.2.10EOS失效分析——微光显微镜工具97
4.2.11EOS失效分析——电压对比工具98
4.2.12EOS失效分析——红外热像仪98
4.2.13EOS失效分析——光致电阻变化工具99
4.2.14EOS失效分析——红外-光致电阻变化工具99
4.2.15EOS失效分析——热致电压变化工具100
4.2.16EOS失效分析——原子力显微镜工具101
4.2.17EOS失效分析——超导量子干涉仪显微镜102
4.2.18EOS失效分析——皮秒级成像电流分析工具103
4.3总结及综述105
参考文献106
第5章EOS测试和仿真109
5.1ESD测试——器件级109
5.1.1ESD测试——人体模型109
5.1.2ESD测试——机器模型111
5.1.3ESD测试——带电器件模型113
5.2传输线脉冲测试114
5.2.1ESD测试——传输线脉冲115
5.2.2ESD测试——超高速传输线脉冲117
5.3ESD测试——系统级118
5.3.1ESD系统级测试——IEC 61000-4-2118
5.3.2ESD测试——人体金属模型118
5.3.3ESD测试——充电板模型119
5.3.4ESD测试——电缆放电事件120
5.4EOS测试122
5.4.1EOS测试——器件级122
5.4.2EOS测试——系统级123
5.5EOS测试——雷击123
5.6EOS测试——IEC 61000-4-5124
5.7EOS测试——传输线脉冲测试方法和EOS125
5.7.1EOS测试——长脉冲TLP测试方法125
5.7.2EOS测试——TLP方法、EOS和Wunsch–Bell模型125
5.7.3EOS测试——对于系统EOS评估的TLP方法的局限125
5.7.4EOS测试——电磁脉冲126
5.8EOS测试——直流和瞬态闩锁126
5.9EOS测试——扫描方法127
5.9.1EOS测试——敏感度和脆弱度127
5.9.2EOS测试——静电放电/电磁兼容性扫描127
5.9.3电磁干扰辐射扫描法129
5.9.4射频抗扰度扫描法130
5.9.5谐振扫描法131
5.9.6电流传播扫描法131
5.10总结及综述134
参考文献134
第6章EOS鲁棒性——半导体工艺139
6.1EOS和CMOS工艺139
6.1.1CMOS工艺——结构139
6.1.2CMOS工艺——安全工作区140
6.1.3CMOS工艺——EOS和ESD失效机制141
6.1.4CMOS工艺——保护电路144
6.1.5CMOS工艺——绝缘体上硅148
6.1.6CMOS工艺——闩锁149
6.2EOS、射频CMOS以及双极技术150
6.2.1RF CMOS和双极技术——结构151
6.2.2RF CMOS和双极技术——安全工作区151
6.2.3RF CMOS和双极工艺——EOS和ESD失效机制151
6.2.4RF CMOS和双极技术——保护电路155
6.3EOS和LDMOS电源技术156
6.3.1LDMOS工艺——结构156
6.3.2LDMOS晶体管——ESD电气测量159
6.3.3LDMOS工艺——安全工作区160
6.3.4LDMOS工艺——失效机制160
6.3.5LDMOS工艺——保护电路162
6.3.6LDMOS工艺——闩锁163
6.4总结和综述164
参考文献164
第7章EOS设计——芯片级设计和布图规划165
7.1EOS和ESD协同综合——如何进行EOS和ESD设计165
7.2产品定义流程和技术评估166
7.2.1标准产品确定流程166
7.2.2EOS产品设计流程和产品定义167
7.3EOS产品定义流程——恒定可靠性等比例缩小168
7.4EOS产品定义流程——自底向上的设计168
7.5EOS产品定义流程——自顶向下的设计169
7.6片上EOS注意事项——焊盘和绑定线设计170
7.7EOS外围I/O布图规划171
7.7.1EOS周边I/O布图规划——拐角中VDD-VSS电源钳位的布局171
7.7.2EOS周边I/O布图规划——离散式电源钳位的布局173
7.7.3EOS周边I/O布图规划——多域半导体芯片173
7.8EOS芯片电网设计——符合IEC规范电网和互连设计注意事项174
7.8.1IEC 61000-4-2电源网络175
7.8.2ESD电源钳位设计综合——IEC 61000-4-2相关的ESD电源钳位176
7.9PCB设计177
7.9.1系统级电路板设计——接地设计177
7.9.2系统卡插入式接触178
7.9.3元件和EOS保护器件布局178
7.10总结和综述179
参考文献179
第8章EOS设计——芯片级电路设计181
8.1EOS保护器件181
8.2EOS保护器件分类特性181
8.2.1EOS保护器件分类——电压抑制器件182
8.2.2EOS保护器件——限流器件182
8.3EOS保护器件——方向性184
8.3.1EOS保护器件——单向184
8.3.2EOS保护器件——双向184
8.4EOS保护器件分类——I-V特性类型185
8.4.1EOS保护器件分类——正电阻I-V特性类型185
8.4.2EOS保护器件分类——S形I-V特性类型186
8.5EOS保护器件设计窗口187
8.5.1EOS保护器件与ESD器件设计窗口187
8.5.2EOS与ESD协同综合188
8.5.3EOS启动ESD电路188
8.6EOS保护器件——电压抑制器件的类型188
8.6.1EOS保护器件——TVS器件189
8.6.2EOS保护器件——二极管189
8.6.3EOS保护器件——肖特基二极管189
8.6.4EOS保护器件——齐纳二极管190
8.6.5EOS保护器件——晶闸管浪涌保护器件190
8.6.6EOS保护器件——金属氧化物变阻器191
8.6.7EOS保护器件——气体放电管器件192
8.7EOS保护器件——限流器件类型194
8.7.1EOS保护器件——限流器件——PTC器件194
8.7.2EOS保护器件——导电聚合物器件195
8.7.3EOS保护器件——限流器件——熔丝197
8.7.4EOS保护器件——限流器件——电子熔丝198
8.7.5EOS保护器件——限流器件——断路器198
8.8EOS保护——使用瞬态电压抑制器件和肖特基二极管跨接电路板的电源和地200
8.9EOS和ESD协同综合网络200
8.10电缆和PCB中的EOS协同综合201
8.11总结和综述202
参考文献202
第9章EOS的预防和控制204
9.1控制EOS204
9.1.1制造中的EOS控制204
9.1.2生产中的EOS控制204
9.1.3后端工艺中的EOS控制205
9.2EOS最小化206
9.2.1EOS预防——制造区域操作207
9.2.2EOS预防——生产区域操作208
9.3EOS最小化——设计过程中的预防措施209
9.4EOS预防——EOS方针和规则209
9.5EOS预防——接地测试209
9.6EOS预防——互连210
9.7EOS预防——插入210
9.8EOS和EMI预防——PCB设计210
9.8.1EOS和EMI预防——PCB电源层和接地设计210
9.8.2EOS和EMI预防——PCB设计指南——器件挑选和布局211
9.8.3EOS和EMI预防——PCB设计准则——线路布线与平面211
9.9EOS预防——主板213
9.10EOS预防——板上和片上设计方案213
9.10.1EOS预防——运算放大器213
9.10.2EOS预防——低压差稳压器214
9.10.3EOS预防——软启动的过电流和过电压保护电路214
9.10.4EOS预防——电源EOC和EOV保护215
9.11高性能串行总线和EOS217
9.11.1高性能串行总线——FireWire和EOS218
9.11.2高性能串行总线——PCI和EOS218
9.11.3高性能串行总线——USB和EOS219
9.12总结和综述219
参考文献219
第10章EOS设计——电子设计自动化223
10.1EOS和EDA223
10.2EOS和ESD设计规则检查223
10.2.1ESD设计规则检查223
10.2.2ESD版图与原理图验证224
10.2.3ESD电气规则检查225
10.3EOS电气设计自动化226
10.3.1EOS设计规则检查226
10.3.2EOS版图与原理图对照验证227
10.3.3EOS电气规则检查228
10.3.4EOS可编程电气规则检查229
10.4PCB设计检查和验证229
10.5EOS和闩锁设计规则检查231
10.5.1闩锁设计规则检查231
10.5.2闩锁电气规则检查235
10.6总结和综述238
参考文献239
第11章EOS项目管理242
11.1EOS审核和生产的控制242
11.2生产过程中的EOS控制243
11.3EOS和组装厂纠正措施244
11.4EOS审核——从制造到组装控制244
11.5EOS程序——周、月、季度到年度审核245
11.6EOS和ESD设计发布245
11.6.1EOS设计发布过程246
11.6.2ESD详尽手册246
11.6.3EOS详尽手册248
11.6.4EOS检查表250
11.6.5EOS设计审查252
11.7EOS设计、测试和认证253
11.8总结和综述253
参考文献253
第12章未来技术中的过电应力256
12.1未来工艺中的EOS影响256
12.2先进CMOS工艺中的EOS257
12.2.1FinFET技术中的EOS257
12.2.2EOS和电路设计258
12.32.5-D和3-D系统中的EOS意义258
12.3.12.5-D中的EOS意义259
12.3.2EOS和硅介质层259
12.3.3EOS和硅通孔260
12.3.43-D系统的EOS意义262
12.4EOS和磁记录263
12.4.1EOS和磁电阻263
12.4.2EOS和巨磁电阻265
12.4.3EOS和隧道磁电阻265
12.5EOS和微机265
12.5.1微机电器件265
12.5.2MEM器件中的ESD担忧266
12.5.3微型电动机267
12.5.4微型电动机中的ESD担忧267
12.6EOS和RF-MEMS269
12.7纳米结构的EOS意义270
12.7.1EOS和相变存储器270
12.7.2EOS和石墨烯272
12.7.3EOS和碳纳米管272
12.8总结和综述273
参考文献274
附录280
附录A术语表280
附录B标准284

前言试读：◆

原书前言
当今电子工业中，迫切需要理解EOS源、识别EOS并提供EOS可靠产品。由于制造业的不断发展，半导体网络规模和系统不断变化，可靠性的需求及EOS鲁棒产品也在不断变化。本书就是将基本EOS现象与当今真实世界环境联系起来。

鉴于有意义的书籍就是在今天对于片上ESD设计的教授也是有用的，本书就是使读者对EOS有一个基本的了解。对于专家、非专家、非技术人员及普通人,了解当今世界问题也是有必要的。今天，我们周围的现实世界的EOS问题无处不在，会发生在制造环境、电源、机械、执行器、电磁阀、电烙铁、电缆和照明各行各业中。当有开关、接地不良，接地回路，噪声和瞬变现象时，将会在EOS器件和印制电路板上产生一个电势。因此，对于专家及非专家，都需要了解并处理身边的EOS问题，进而来避免它。

围绕该主题的第一个关键问题是观念，EOS难以量化和定义。在ESD开发早期,这种看法也是真实的。结果是当今就没有关于EOS的教科书，据了解，系统与产品良率效益的较显著的百分比是与EOS相关的。

第二个关键问题是信念，即EOS中很难区分的ESD失效。但该区分对于定义器件或系统失效的根源很重要。因此，在本书中，将会再次强调。

第三个关键问题是不可能在相同的讲座、教程、资源或教科书中将EOS和ESD鲁棒产品的技术与方法一起探讨。实际情况是关于电磁兼容（EMC）和ESD的探讨及培训通常是分别讲授的。

本书有多个目标。

1)讲授EOS的基础与概念，以及与它们相关的半导体制造、操作及封装中真实世界中的工序。

2)为EOS量化提供雄厚的技术基础，突出数学和物理分析。在这种方式中，理解热物理作用和关系是至关重要的。

3)区分EOS和ESD。通过重点关注脉冲波形和时间尺度来实现。本书将不断通过从源到数学模型来强化它们之间的差异。

4)讨论与其他学科的交叉，如电磁干扰（EMI）、EMC和闩锁。

5)向读者揭示EOS测试以及半导体芯片和系统的标准。我们将再次区分EOS和ESD之间的测试和标准,同时揭示如何进行半导体芯片和系统的EOS保护。

6)展示如何对半导体芯片和系统同时进行EOS和ESD事件保护。

7)讲授在不同工艺类型（如数字、模拟功率电子）下的EOS问题。

8)要突出电子设计自动化（EDA）方法设计EOS鲁棒性产品。我们将再次明确区别EOS、ESD和闩锁的EDA解决方案。

9)从测量到审核，讨论制造环境相关的EOS项目管理，以确保EOS保护区。

10)初步了解当前和未来的新的纳米结构和纳米系统,同时提供对未来需求的洞察，以及在未来数年中对EOS关注的程度。

本书将包含如下内容：

第1章简要介绍EOS相关的基础与术语。在第1章中，奠定了EOS基础。第1章开启了EOS定义以及和其他现象的关系（如ESD、EMI、EMC和闩锁）的对话。在我们的讨论中，重点是从ESD区分EOS。因此，将通过本书区别失效分析、时间常数与其他识别和分类的手段的差异。同时也强调了定义EOS中安全工作区（SOA）及其作用的计划。

在第2章中，介绍理解EOS的数学及物理基础。本章的目标是阐述功率失效、时间常数及材料相关的数学和物理模型。本章将提供必要的工具了解方程和过去推导的电热模型的物理限制。本章的关键点是，ESD时域将从EOS时域中分出，提请注意这些处理中区分功率失效的解决方案。进行深入讨论的主要原因是为了表明EOS现象能够进行量化和理解——要针对怀疑论者，他们认为这种量化不是一门科学。

在第3章中，本书重点将回到EOS相关的源和失效机制实践探讨。EOS源包括机械、电磁阀、执行器、电缆和照明。区别来自元器件的失效、焊盘、键合线、封装等EOS失效机制。在这一章中，对于来自ESD的EOS特定失效也将给予关注。

第4章重点关注EOS失效机制和失效分析。本章简要介绍失效分析过程、失效分析技术和工具。同时展示了通过不同的失效分析工具得到的ESD和EOS失效结果的实例。

在第5章中，将讨论EOS和ESD测试技术和测试标准。EOS测试方法包括系统级测试（如IEC61000-4-2）和与EOS有关的瞬态浪涌标准（IEC61000-4-5）。本章还探讨ESD测试实验和标准，如人体模型（HBM）、机器模型（MM）、充电装置模型（CDM）、传输线脉冲（TLP）和超快传输线脉冲（VF-TLP）以及系统测试。系统级测试开始向EOS现象过渡（例如，电缆放电事件和CDE），因此测试将是我们讨论的一部分。

第6章将针对不同的半导体工艺（从CMOS、双极型、LDMOS到BCD）中的EOS以及不同的应用空间产生的问题展开讨论。关注点主要是什么技术可以解决功率与EOS鲁棒性的问题。

EOS设计是第7章的重点。一个关键的问题是如何区分ESD设计与EOS设计;另一个关键的问题是在给定的芯片或系统中怎样同时实现ESD设计和EOS设计。本章包括产品定义、规格、技术特征到自顶向下和自底向上的设计方法、布局规划,同时也展示了处理过电流及过温控制电路设计的用处。

在第8章中，将讨论EOS保护器件。这些包括转折器件与电压触发器件等。采用瞬态电压抑制器（TVS）、晶闸管浪涌保护器件（TSPD）、金属氧化物压敏电阻（MOV）、导电聚合物、气体放电管（GDT）、熔断器、断路器和其他器件实现EOS保护。这些EOS保护器件与那些用于ESD的保护器件有明显差别。

在第9章中，讨论了系统级的问题和解决方案。重点是量产与制造环境中的EOS控制。本章讨论预防行动、后端工艺控制及产品区域操作。

在第10章中，讨论了EOS的EDA技术与方法。采用设计规则检查（DRC）、版图与原理图对照（LVS）及电气规则检查（ERC）方法进行ESD和EOS检查及验证。在本章中，展示了当今应用于EOS环境的方法。

在第11章中，讨论了EOS项目管理流程。本章将展示设计评审、设计检查、纠正措施、审核及设计提交过程等主题，以确保产品的EOS鲁棒性。

在第12章中，讨论未来结构及纳米器件中的EOS。本章讨论磁记录、FinFET、石墨、碳纳米管及相变存储器的EOS问题。本章也对微电机、微镜、RF微电机开关以及许多新的器件进行了简单介绍。同时对25维和3维系统的硅内插器和硅通孔（TSV）中的EOS也给予了重点关注。

本书将打开你对EOS、ESD、EMI和EMC等领域的兴趣，并论述该技术与当今世界的相关性，建立了一个较强的ESD保护知识，同时也建议阅读其他图书,如《ESD揭秘：静电防护原理和典型应用》《ESD物理与器件》《ESD电路与工艺》《ESD射频电路与工艺》《ESD失效机理和模型》《ESD设计与综合》《闩锁》。

享受本书，享受EOS学科，而不要过于强调EOS。

Baruch HaShem
Steven H.Voldman博士
IEEE Fellow

王钰

好吧。没钱钱了

zhyu101

非常好

afatman

符合自己的专业，不错

dragon神

谢谢

meng219902

没有电子版。。。

晴冷天吻雪

有大神有电子版嘛，求！

xmxian

享受本书，享受EOS学科，而不要过于强调EOS

jarvis_min

收藏

hxxskylark

EOS比较少神秘
失效分析常捉摸不透