Electrical Over Stress (EOS)
[Fisika Semikonduktor]
APA ITU EOS?
Electrical Over Stress adalah kesalahan aplikasi (misapplication) dari tegangan ata arus berlebih pada kaki luar dari IC, Kerusakan yang dihasilkan EOS adalah total dari energi yang diaplikasikan ke IC.
Dilihat dari luar, kerusakannya akan berupa Open (sambungan pada salah satu bagian dalam IC terputus), Short , atau Leaking (Mendekati putus), juga berefek pada fungsi dari devais.
Tipe kerusakannya adalah Fused Bond Wire (putusnya Gold Wire /Kawat sambungan dice dengan kaki IC) atau kerusakan pada Die Metalization (keterangan : Metalisasi adalah istilah/Teknik untuk sambungan antar transistor dalam IC)
EOS Vs ESD
Kunci perbedaan antara EOS dengan ESD adalah RISE TIME dari gelombang pulsa energi yang dibangkitkan. Untuk ESD sekitar 5-20 nano detik, sedang EOS lebih lama dari itu.
Mekanisme Kerusakan pada keduanya adalah sama yaitu lokalisasi panas, dimana adanya kejadian panas yang terlokalisasi menjadi kunci mempelajari mekanisme kerusakan (failure mecahnism).
Kerusakan yang terlihat di Bond Wire atau die metalization sering dihubungkan dengan EOS (Rise TIME pndek, energi Tinggi), sedang pada ESD, hanya bisa dilihat dengan decapsulation/deprocessing/devasi dibuka, dan dengan inspeksi SEM. Kebanyakan kerusakan ESD terlihat jika dilihat dengan mikroskop optik.
TIPE MODEL KERUSAKAN PADA EOS
Failure/Kerusakan yang umum terjadi pada EOS adalah OPEN (putusnya sambungan ke kaki IC), sebagai hasil dari bond wire dan die metalization yang terbakar (vaporized) atau meleleh putus. (fused open). SHORT dan RESISTIVE PIN (tahanan kaki yang menjadi tinggi sehingga arus jadi lemah/leakage) biasanya akibat dari die metalization dan Oxide melting (melelehnya Oksida dari IC/MOS) yang kemudian mengalir pada metal yang berdekatan sehingga menjadi short atau Leakage.
TIPE MEKANISME KERUSAKAN PADA EOS
Tipe Mekanisme kerusakan yang timbul dari peristiwa EOS, secara garis besar tergantung dari Total Enegri
Yang teraplikasikan. Baik Arus maupun Waktu berperan penting disini. Suhu juga bisa menjadi faktor karena dia berperan dalam melelhkan Metal dan Oksida sehingga mengakibatkan EOS
Ada dua Mekanisme kerusakan yang menyebabkan EOS,
1. Fused Bond Wire dan
Rata-rata tebal diameter bond wire (secara gampangnya disebut kawat emas) untuk CSIC adalah sekitar 1 ml, dan sekitar 60 mil panjangnya. Arus sebesar 1 Ampere saja sudah akan memutuskan sambungan dengan dimensi bond wire seperti itu.
Arus yang lebih tinggi dengan durasi waktu yang lebih cepat dapat juga memutuskan bond wire, sebagai contoh Arus 5 Ampere dan pulsa 1 milidetik akan memutuskan rata-rata bond wire. Dalam kedua hal tsb, disipasi energi ekuivalen dengan energi yang diserap bond wire, perhitungan sederhana menunjukkan bilamana suhu yang diperlukan untuk menyerap energi ini melampaui titik leleh/lebur maka bond wire akan putus.
2. Fuse Die Metalization.
Secara ekstremnya mekanisme ini adalah SPIKE dengan Arus Tinggi dan durasi yang sangat cepat (<170 mikrodetik). Pada kejadian ini, panas yang terdisipasi pada DIE menyebabkan metalisasi dari SiO2 dengan Substrat, SiO2 adalah penghantar panas yang cukup baik, karena itu arus yang dibutuhkan untuk melelehkan DIE Metalization juga cukup tinggi, sekitar 10 Ampere.
Karena panas berperan besar pada peristiwa EOS, maka penting untuk dicatat, bahwa pada devais yang dilindungi plastik (plastic encapsulated device), Die metalization yang sebenarnya tidak terlihat karena residu plastik yang terkarbonasi (carbonized platic residue) tertinggal pada DIE, plastik terkarbonasi ini adalah akibat langsung dari penyerapan energi secara lokal yang menyebabkan Suhu yang tinggi.
@September 2004
Sumber:
CSIC Microcontroller Division
Reliability and Quality Assurance
6501 Wm. Cannon Drive West
Austin, Texas 78735-8598