随着半导体制程技术越来越先进、操作电压越来越低以及系统功能越来越复杂，导致EOS (Electrical Over Stress，过度电性应力) 更容易窜到系统内部，使得损坏面积加大。多年来，EOS一直是科技产业产品故障率最高的原因之一。但就解决时间和成本而言，发生EOS的代价过于昂贵，因此在大多数的应用中，会提供产品中的失效元件给供应商，供应商利用专业的量测与分析来判断失效现象并寻找出失效的根本原因，以此实施有效的解决方案，否则极可能会影响整个产品的长期可靠性。     

如图一所示，造成EOS破坏的原因可以分为三大类。第一类为自然环境的EOS事件：主要发生在户外或有连接户外线缆的产品。如连接室外网路线的路由器、连接室外摄影机的DVR监控主机或连接室外天线的电视机等等，在天气不佳时可能直接遭受雷击的攻击，亦或因间接雷击感应至线材而窜进产品内部，皆是造成EOS损毁的原因之一。此外，虽然很多系统会针对室外电缆接口完成EOS防护设计，但若系统接地不良造成雷击能量宣泄不及，可能透过与其他系统连接的介面(如HDMI)宣泄到相连接的系统，此时极可能造成此连接两系统的介面发生EOS损毁。     

第二类为系统操作时的EOS事件：这一类的事件除了在消费者使用系统时可能发生，亦有可能出现在工厂生产线测试或组装阶段。常见的现象包括：测试电流或电压不稳定、测试治具破损、接头排针或触点歪斜导致错孔、接头反接、带电切换开关、热插拔…等等。热插拔意味着在带电的情况下，突然改变电流，因此可能产生危险的感应电压影响系统运作。而且在插拔时，极易造成线缆中电源或讯号发生overshoot或undershoot的不稳定现象。更严重的情况可能发生在连接两个接地电位不同的设备时，极可能因过大电压差或大电流而发生EOS损毁，此时甚至可以观察到火花。为了避免热插拔造成的 EOS 损坏，许多行业会在连接器上使用先插后断 (First Mate Last Break, FMLB) 的接地点，执行上只需延长接地触针即可。使用这样的连接器时，接地触针会先触碰系统的地，在拔出过程中最后断开，从而确保有100%可靠的接地电位可以参考。     

此外，还需要特别注意电源端是否有电压不稳定的状况，在开发中国家的电源基础设施可能不够健全，因此容易有电源电压不稳定的情形，导致大能量的突波，造成EOS破坏。上述系统工作期间可能遭遇的EOS事件，可以透过系统的散热设计、稳压设计、有效的OVP或TVS防护方案来减低EOS对产品造成的破坏。     

第三类是因瞬态杂讯 (transient noise) 所引起的EOS事件：这样的现象可能存在于系统耦合RF、杂散EMI或电磁脉冲…等，而发生EOS现象。举例来说，当使用天线或雷达时，若有杂讯被天线接收，系统中需要设计适当的防护电路及滤波电路，否则经由电路放大后的杂讯可能造成探测器的电路永久损坏。而在配电箱电源或电路中的继电器开关切换时，高频的突波亦可能直接损坏系统。因此在负载较大的电路中或设备较敏感时，应考量添加防护元件或使用稳压设备。此外，若系统中存在马达或逆变器等容易产生杂讯的部件，若未经适当的屏蔽或隔离，原有的高频突波透过线缆的电感和电容效应，亦可能在后端转变成低频的EOS突波[1]，进而导致后端产品受到EOS损坏。

圖一、造成EOS的根本原因

根据统计发现，最常见的EOS原因包含热插拔、过电压、电源突波和元件焊接错误，大部分损坏不是发生在元件制造过程中，而是发生在PCB/模组组装过程中(约30 %)或应用过程中(约40%) [2]。另外在分析EOS问题时，最重要的是充分描述发生情况以及量化数据，包括异常是如何被发现？是否可以复现？应用场景？突波可能的路径与能量大小，甚至是IC损坏的情形(封装熔化/打线烧断/晶片烧毁)等等，这些资讯可以让EOS分析变得更加准确。如以下实际案例，搜集损毁的样品，发现大多IC烧毁的情况皆为单一元件被熔毁所造成的损害，使用surge设备复现出相同的烧毁现象后，进而得知是遭受7A左右的8/ 20us突波能量导致损坏，因此可以建议使用IPP大于7A的防护元件提供系统保护，能够改善当前60%以上的EOS问题，如图二。这就是譬如把TVS想像成保险丝的概念，万一TVS损毁时，可以使用复现的方法得知遭遇多大的突波能量，进而选择更加正确的TVS。只要设计时在端口或是电源加入适当的TVS防护元件，既可以在事前做好防护的工作，避免系统产品损坏或死机，导致损耗提高成本，也可以减少客退问题，提升公司的品牌形象。

图二、使用Surge机台复现出EOS损毁现象

晶焱科技有先进的静电放电防护设计技术，特别针对需要EOS防护的产品，开发出不同封装且多种规格的突波防护元件，可供客户依照产品需求做选用，如图三。晶焱科技利用自有的专利技术推出一系列保护元件，对应不同的应用提供0603的方案，单体ESD耐受度皆超过30kV且具有EOS防护的能力。其中0603封装大小只有1.6 mm x 1.0mm，厚度只有0.5 mm，可满足新产品对于小封装的需求。随着未来的新科技走向，晶焱科技将持续开发出更加符合市场客户需求的防护元件，亦可提供客制化产品的完美方案。

图三、晶焱科技在DFN1610包装的EOS防护方案列表

參考文獻: 

[1] A. Wallash, V. Kraz, “Measurement, Simulation and Reduction of EOS Damage by Electrical Fast Transient on AC Power”, EOS/ESD Symposium 2010 

[2] “White Paper 4 - Understanding Electrical Overstress – EOS” from Industrial Council on ESD Target Levels, August 2016.