ESD和EOS測試的區別和聯系

手機制造伴隨著消費者越來越高的體驗中追求和品牌時代的崛起，越來越多的電子產品制造廠商不得不對品質提出了更嚴格的管控。

所以討論這兩個關系的前提就是需要先了解售后跟蹤與分析。

下圖是一個美國上世紀八十年代美方一組統計數據。

產品現場返回--EOS 百分比

也就是半導體行業主要困難之一，跟蹤，記錄和維護這些現成失效的數據比例。

在功能機時代，手機價格比較低而且流行機海戰術，每款型號出貨百萬級都不得了，成本要求很苛刻，一個電子產品的BOM清單里面比較容易更換供應商品牌，對生產批次也無記錄。

而隨著蘋果的快速崛起，蘋果一款手機上億臺出貨，國內品牌也開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千萬爆款產品，魅族，金立等品牌

也有幾百萬機型。

而這給硬件設計者很大的壓力。因為任何一個設計的BUG帶來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）共同建立的現場失效返回程序（FFRP）。其目標如下

1 識別高失效率或者器件問題。

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，以及供應商來采取糾正措施。

對于已經產生的失效，品牌客戶當地售后的信息收集與現場分析很關鍵。這與終端消費者使用習慣，電網環境，充電環境特別是不同來源的充電器有很大關系。

經常我們碰到一個問題就是一塊電子產品電性能失效了，為了下一步能夠改善。研發需要分析究竟是ESD還是EOS造成的損傷。

區分可以分為以下

一 電荷與電流的性質與來源；

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

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

某品牌的手機充電器在西部某地經常有反饋燒壞，后來跟蹤了解到是因為附近有大型用電設備啟動時給電網雜波影響。而家里的用電設備比如電動車充電也有可能影響。

二 特征響應時間與波形定義

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

等。而時間常數在亞納秒到數百納秒。

EOS沒有特征響應時間，也許是短時間也可能是長時間比如秒級。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年開始流行的EOS標準，主要8/20uS及IEC61000-4-5這個標準。

而有些手機經常連接車充充電。而在車載行業標準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小的區域，電流與電壓顯著時則可能有更大面積。所以ESD失效更多情況下是芯片局部功能的失效。

而EOS損傷經常伴隨其他額外的失效

1 綁定PAD，焊點連接失效 。

2 焊線分層

3 焊線彎曲

4 焊線熔化

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損壞同時伴隨有封裝材料熔化帶來的異味臭味。個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，失效設備或現場定位，是制造哪個過程，包括是SMT貼片前還是貼片后組裝測試前哪個工段，又或者是量產最后測試以及售后，不良比例，這些信息都很關鍵。

作為失效分析工程師要第一時間聯系現場技術人員最好趕赴現場與操作人員調查每一個環節，有時候操作人員的一個不經意的細節都有可能縮短分析時間，直指問題關鍵點，

特別敏感哪一個操作關鍵影響器件性能變化，究竟是高溫？高壓？或者大電流？周圍的ESD措施是否合理。特別是最近走訪一些標準化的工廠垃圾桶都是防ESD處理的。

2 失效的分析

可以直觀檢查有故障或者缺陷特別是外觀檢查，在就是檢查是否開路，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驗的工廠維修人員用萬用表基本可以確定問題了。

歸類有以下無損檢測

光學檢測

超聲顯微鏡檢查

X射線檢測

電氣測量

不過深入的分析舉就要借助各類設備

3 比較替換

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

4 數據庫檢查

追溯工廠時間與統計數據，檢查物料參數與工廠生產差異。

5 電氣測試仿真

模擬失效環境復現問題。用ESD(有HBM,MM,CDM,大部分客戶還是用IEC61000-4-2標準空氣或者接觸放電來核實問題）測試看是否可以復制電氣特性與可見特征。

對于ESD失效比較常見的就是生產過程中MOS的失效。

EOS很容易復現問題，但是很難確認實際的EOS是哪一種時間常數與模式，究竟是反插還是直流過壓或者浪涌高壓。這個時候我們最好同時也分析外圍其他關聯器件是否有失效產

生。

七 EOS的預防和控制

生產中的EOS來源有烙鐵，電動工具和電源整流。

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

空氣電離

濕度控制

ESD預防與電荷及電荷轉移有關，與此相反，產區的EOS防護與電連接，不正確的連接，外部負載，輸入電源線路質量，噪聲，電磁干擾與瞬態現象有關。