【ESD专题】ESD和EOS有什么差异？

在星球文章：【ESD专题】1.ESD基础及IEC61000-4-2标准中我们介绍了ESD是 Electro Static Discharge（静电放电）的缩写，是一种高能脉冲瞬态干扰，电荷从一个物体转移到另一个物体。当超过ESD单元钳位电压的过压出现在IC端子时，IC会不会损坏就取决于ESD元件被击穿期间通过它的能量的多少。

EOS(Electrical Over Stress)是电气过应力。ESD与EOS都是与电压过应力有关的概念，但是它们之间有明显的差异。主要差异如下：

ESD的电压很高（>500V），持续时间相对较短（<1us）。在【ESD专题】3.ESD防护器件（TVS管的原理和选型）中我们给出了IEC61000-4-2标准静电放电时的波形。

EOS的电压相对较低（<100V），持续时间更长一些（通常>1us）。

        在标准中，ESD和EOS的标准也是分开的，如下图所示：

 

一般情况下IC内部的ESD保护单元都是按照一定的标准进行设计的，这使能芯片能够承受一定的ESD能量，这些标准是关于人体模型（HBM）的JESD22-A114和带电设备模型（CDM）的JESD22-C101E（其电压值为2KV ）。但不同的芯片有时也会根据不同的标准进行设计。

如下图所示为STM32F103C8芯片手册（P60）对ESD的描述：

人体模型的 ESD 放电过程含有极为陡峭的上升沿和大约 300ns 的指数式下降过程，充电器件模型的 ESD 放电过程呈现为极短时间的振荡脉冲，振荡周期约为 4ns。比较而言，人体模型的 ESD 放电具有最高的能量等级。静电放电总是在极短的时间内完成的，在星球文章：【ESD专题】5.TVS管的选择的误区及钳位电压测试方法 中我们在最后也给出了 JEDEC 定义的人体模型 ESD 测试使用的静电枪内部的简化原理图，其中的 100pF 电容首先被充电到一定的水平，然后通过一只 1500Ω 电阻将电能释放到受试器件上。

由于多数受测元件的 ESD 保护单元的击穿电压都比测试电压低很多， ESD 测试的峰值电流基本上都是由测试电压和1500Ω 电阻决定的。在此波形样板中，测试电压为2kV，由此带来的峰值电流为2kV/1.5k = 1.3A左右。 RC 时间常数约为 150ns，因此波形下降得很快， 整个过程在 1µs 以内。

从下图就可以看出系统级ESD和器件级ESD（参考星球文章：【ESD专题】1.ESD基础及IEC61000-4-2标准）在电流波形上的不同：

当持续时间更长的 EOS 事件发生时，冲击 ESD 保护单元的能量就会更多，常常超出 ESD 保护单元的最大冲击能量承受能力，这样就会在 ESD 保护单元中积累太多的热量，最终导致严重的毁灭性结果。通常情况下，芯片中支撑ESD 保护单元的其他部分也会连带着一起受损。在星球文章：【电子通识】如何判断IC管脚是否焊接正常或已经损坏 我们给出了供应商分析IC引脚是否损坏的方法。其中下图是IC开盖后裸片，发现输入管脚焊盘区域有开路。

在供应商分析报告中，就提到了典型的EOS失效。并且后面我们证实确实是EOS导致的失效问题。

总结：ESD和EOS虽然都是电压过应力，但它们在时间和电压上有存在着明显的区别。因此不能将ESD和EOS混为一谈。

李光熠

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