ESD和EOS测试的区别和联系

手机制造伴随着消费者越来越高的体验中追求和品牌时代的崛起，越来越多的电子产品制造厂商不得不对品质提出了更严格的管控。

所以讨论这两个关系的前提就是需要先了解售后跟踪与分析。

下图是一个美国上世纪八十年代美方一组统计数据。

产品现场返回--EOS 百分比

也就是半导体行业主要困难之一，跟踪，记录和维护这些现成失效的数据比例。

在功能机时代，手机价格比较低而且流行机海战术，每款型号出货百万级都不得了，成本要求很苛刻，一个电子产品的BOM清单里面比较容易更换供应商品牌，对生产批次也无记录。

而随着苹果的快速崛起，苹果一款手机上亿台出货，国内品牌也开始猛砍机型数量集中资源打造明星爆款机型，现在OPPO,VIVO,华为，小米等品牌都有超过千万爆款产品，魅族，金立等品牌

也有几百万机型。

而这给硬件设计者很大的压力。因为任何一个设计的BUG带来都是批量的售后反馈以及对甚至对品牌或者某款机型带来灭顶之灾。

ESD模型图片

当年美国就和罗马及纽约的可靠性分析中心（RAC）共同建立的现场失效返回程序（FFRP）。其目标如下

1 识别高失效率或者器件问题。

2 从失效分析中识别失效根源。

3 信息反馈给公司内部，测试机构，以及供应商来采取纠正措施。

对于已经产生的失效，品牌客户当地售后的信息收集与现场分析很关键。这与终端消费者使用习惯，电网环境，充电环境特别是不同来源的充电器有很大关系。

经常我们碰到一个问题就是一块电子产品电性能失效了，为了下一步能够改善。研发需要分析究竟是ESD还是EOS造成的损伤。

区分可以分为以下

一 电荷与电流的性质与来源；

ESD事件与摩擦生电及电荷积累有关，伴随电接触和电弧放电灯快速放电过程产生。ESD电流与积累的电荷放电过程有关。而在市场反馈上面与各地气候是否干燥，冬季还是夏季有关。

EOS事件则与电压或者电流闲逛，该电压或者电流与电源，发电设备，机械及工具，包括附近的用电设备有关。

某品牌的手机充电器在西部某地经常有反馈烧坏，后来跟踪了解到是因为附近有大型用电设备启动时给电网杂波影响。而家里的用电设备比如电动车充电也有可能影响。

二 特征响应时间与波形定义

ESD特征响应时间与电荷积累的机制和放电过程有有关，为统一标准，行业定义了人体模型（HBM），机器模型(MM)，人工金属模型（HMM）,IEC610004-2及传输线脉冲(TLP)

等。而时间常数在亚纳秒到数百纳秒。

EOS没有特征响应时间，也许是短时间也可能是长时间比如秒级。包括防呆设计（插反及支流反接，错接）都属于EOS事件。而对于目前国内同行从2014年开始流行的EOS标准，主要8/20uS及IEC61000-4-5这个标准。

而有些手机经常连接车充充电。而在车载行业标准ISO 7637标准。则是mS级波形。

三 周期性

ESD事件具有典型非周期性，通常是个单脉冲，可能是单极也可能是双向的。

EOS则有可能周期与非周期，单极性或者双向性，在电源上可能是谐波震荡。

四 可重复性

ESD 事件是不可重复的事件，而EOS大部分情况下可重复可复现。

五 失效机制

ESD造成的失效通常是局部的，比如在半导体芯片中功能模块的一个小的区域，电流与电压显著时则可能有更大面积。所以ESD失效更多情况下是芯片局部功能的失效。

而EOS损伤经常伴随其他额外的失效

1 绑定PAD，焊点连接失效 。

2 焊线分层

3 焊线弯曲

4 焊线熔化

5 封装密封材料

6 封装成型材料

7 封装浆料

8 封装脱层变色，熔化，甚至炭化。有些误操作造成EOS损坏同时伴随有封装材料熔化带来的异味臭味。个别电源接口的连机器，机客严重变形。

9 PCB失效。

10 EOS典型如TVS ，OVP IC 等失效。

六 失效分析方式

失效分析是有其标准的流程

1 信息收集，失效设备或现场定位，是制造哪个过程，包括是SMT贴片前还是贴片后组装测试前哪个工段，又或者是量产最后测试以及售后，不良比例，这些信息都很关键。

作为失效分析工程师要第一时间联系现场技术人员最好赶赴现场与操作人员调查每一个环节，有时候操作人员的一个不经意的细节都有可能缩短分析时间，直指问题关键点，

特别敏感哪一个操作关键影响器件性能变化，究竟是高温？高压？或者大电流？周围的ESD措施是否合理。特别是最近走访一些标准化的工厂垃圾桶都是防ESD处理的。

2 失效的分析

可以直观检查有故障或者缺陷特别是外观检查，在就是检查是否开路，短路或者漏电或者阻抗是否正常。对于分立器件的失效有经验的工厂维修人员用万用表基本可以确定问题了。

归类有以下无损检测

光学检测

超声显微镜检查

X射线检测

电气测量

不过深入的分析举就要借助各类设备

3 比较替换

调换实验，这也是泛采用的一种方式，异常是否跟着物料走，不过需要注意的是调换实验不可避免带来高温，ESD的影响。这就需要另外的措施避免失效。

4 数据库检查

追溯工厂时间与统计数据，检查物料参数与工厂生产差异。

5 电气测试仿真

模拟失效环境复现问题。用ESD(有HBM,MM,CDM,大部分客户还是用IEC61000-4-2标准空气或者接触放电来核实问题）测试看是否可以复制电气特性与可见特征。

对于ESD失效比较常见的就是生产过程中MOS的失效。

EOS很容易复现问题，但是很难确认实际的EOS是哪一种时间常数与模式，究竟是反插还是直流过压或者浪涌高压。这个时候我们最好同时也分析外围其他关联器件是否有失效产

生。

七 EOS的预防和控制

生产中的EOS来源有烙铁，电动工具和电源整流。

制造中的防止EOS与控制ESD有明显区别，

控制静电放电与避免电荷积累和摩擦带电现象的电荷积累有管，ESD控制例子有

导电地板

工作间地板

人员接地腕带脚带

服装

手推车

空气电离

湿度控制

ESD预防与电荷及电荷转移有关，与此相反，产区的EOS防护与电连接，不正确的连接，外部负载，输入电源线路质量，噪声，电磁干扰与瞬态现象有关。