慢慢累积的损伤：找不到事件的那种失效

出货的是什么

一个很普通的产品，一个很普通的对外接口。它跑完完整的 IEC 61000-4-2 认证：做到规定的每一个等级、每一只外露的引脚，全程判定 A。结果并不勉强，设计也没有任何奇怪的地方。

然后它出货了，有一段时间什么事都没有。

退回来的是什么

机器退回来，接口引脚对地量到几百 kΩ，而它应该是开路。既不是短路也不是开路，卡在中间，而中间这个读数没有人有现成的分类可以放。

更麻烦的是，这些失效没有任何事件可以对应。没有摔过。没有人报告被静电电到。没有人抱怨拿取方式。机器就是不动了，而现场也说不出原因，因为从现场的角度看，根本没有发生任何事。

为什么很难查

有两件事把所有明显的查法都堵死了。

• 同一块板子，再用 ESD 枪打一次，还是过。所以设计对标准来说并不勉强，认证结果也不是侥幸。
• 坏掉的和好的，是同一天、同一卷带上下来的。所以不是批次问题，不是工艺异常，也不是供应商换料。

两件放在一起，常见的结论就全部用不上了。不是设计，不是批次，也不是某个可以指认的单一事件。这个组合正是这种失效模式的特征，它指向的是测试从来没有在问的东西。

业界对这种器件已经有名字了，叫做 walking wounded，带着伤还在走：被一个不足以直接打死它的应力弄伤，然后把这个伤一路带到现场。

机制：东西坏掉之前，损伤就已经在累积

一次远低于器件耐受极限的放电，仍然会把热载流子打进它的氧化层。其中一部分载流子被俘获，而被俘获的电荷就留在原地。事后器件还会动，但它已经不是原来那颗了。

再来一次，陷阱就叠加上去。每多一个，漏电流就高一点。整个过程一点都不戏剧化，从外面也完全看不出来，直到陷阱多到有一条导电路径贯穿氧化层，器件才失效。

重点在累积这两个字。真正打死它的那次应力并不特别，很多时候还是最小的那一次，只是它来得最后，打在一颗裕量早就用完的器件上。这就是为什么这种失效找不到对应的事件：真正重要的那次，并不是收尾的那次。

到底是哪一颗在劣化，芯片还是保护器件

这个问题决定你要去量什么，所以值得讲精确一点，不要只说「器件」。两边都会累积损伤，而且机制不一样。

• 端口后面的 IC 劣化在它的栅极氧化层。就是上面那张图画的机制：热载流子、被俘获的电荷，最后一条贯穿氧化层的路径。这是介质层失效，也是为什么典型症状会是一只输入引脚不再是开路。
• 保护器件劣化在它的结。每一次事件都把电流灌进一小块硅，反复之后就在局部留下损伤。这是热与结构性的失效，不是介质失效，表现出来是保护阵列本身的反向漏电流变大。

两者是联动的，而这正是有用的地方。裕量大的钳位器件相对于应力会导通得更早、更硬，所以每一次事件真正打到 IC 的部分都变少。在保护器件上买裕量，重点并不只是让保护器件活下来，更多是让它后面那颗芯片离「氧化层开始累积电荷」的区域远一点。

所以真的要去量的时候，先想清楚你在量哪一颗。保护阵列的漏电流告诉你这颗阵列一直在很吃力地工作。IC 引脚的漏电流或电阻读数则告诉你应力已经穿过去了。两个都有用，但意思不同。

为什么你跑的每个测试都还是过

这是让人最不甘心的部分，因为那些测试并没有错。它们回答的，只是跟你需要的问题不一样的问题。

• 功能测试问的是这颗还能不能动。它能。一颗氧化层已经受损、漏电流升高的器件，功能上照样过，一直到它不过为止。
• 漏电流测试问的是这颗有没有超出数据手册的上限。没有。以 PZ0303P-F10 来说，那个上限是 I_R 在 V_RWM 3.3V 下最大 1.0 µA，而一颗正在劣化的器件几乎整段过程都待在它下面。
• 再打一次 ESD 枪，问的是这个设计扛不扛得住标准。扛得住，而这正是认证早就告诉过你的事。

所以厂里每一台仪器都说这颗没问题，而且每一台都说的是实话。

没有人留的那个基准值

损伤是真的，而且整段时间都量得出来。只是它量不出来的对象是数据手册上的那个数字。它只有拿这颗器件自己一开始的漏电流来比才看得见，而几乎没有人会去记那个值。

一颗从 40nA 起跳、现在坐在 400nA 的器件，已经劣化了十倍，却还轻松待在 1µA 的上限里面。全世界任何一道来料检验都会让它过。唯一能抓到它的测量，是应力之前先量、之后再拿同一颗来比。

等到那个数字越过数据手册上印的那条线，失效已经不在你的实验室了。它在现场，而且在有人开退货单之前，就已经在现场一段时间了。

我们公布什么，以及为什么这样公布

我们在每一颗 ESD 器件上给的是绝对额定值，而不是「它在某个等级通过了」。这两件事印在纸上很像，但不是同一个声明。

「通过 8kV」告诉你的是这颗器件撑过了你必须做的那个测试。它完全没有告诉你这颗器件从哪里开始劣化，而劣化远远早于损毁。绝对额定值告诉你的是这颗器件真正的极限在哪，而真正有用的数字，是它和你的需求之间的距离。裕量才是能预测你退货率的那个数字。

关于这个说法覆盖到哪里，讲清楚比较好：我们 ESD 产品线的每一份数据手册都有标接触与空气的绝对额定值。至于动态电阻，也就是决定保护器件后面那颗 IC 实际看到多少电压的参数，很多份有标，但还没有全部都有。你需要而数据手册上没印的，跟我们要，我们会给。

买下裕量，这是所有解法里最便宜的一个

这种失效模式的其他解法都很贵。把整条供应链的静电管控收紧，很贵。加一道带每颗基准值的来料漏电流筛选，很贵。等退货开始了才重新设计那个端口，非常贵。

而指定一颗「开始劣化的位置离你的需求很远」的器件，以上面这个例子来说，代价是 0.45pF。

1. 高速端口。PZ0303P-F10，面对 8kV 的需求给 16kV 接触与 21kV 空气，0.45pF，4 通道。这段裕量对信号完整性几乎没有代价，这也正是在这里值得买下它的全部理由。
2. 一般用途线路。PS 与 PT 系列。电容的限制没那么紧，所以有多的空间就拿，不要刚好压着需求选。
3. 任何用户碰得到的端口。累积性应力真正发生的地方就在这里，因为产品一生中的小事件次数很多，而且没有一次会被报告。

「刚好满足需求就好」在工程上多数时候是个合理的直觉。但在这里，它等于把「开始劣化的那个点」放在产品日常生活的正旁边。

如果你已经有退货，而且重现不出事件

有一个测量通常能把两群分开，而且不用花钱。

1. 量漏电流，不要量功能。功能正是把问题藏起来的那个东西。潜在损伤最先出现的地方是漏电流。
2. 两颗都量，而且分开记。在保护阵列上，量 I/O 引脚对地在工作电压下的反向漏电流，3.3V 的器件就是量 3.3V 下的 I_R。在 IC 上，断电后量引脚对地的电阻，也就是前面量到几百 kΩ 的那个读数。它们回答的是不同的问题，两个都要。
3. 拿退货和同料号的新品比。你没有每颗的基准值，那就改用整群当基准。两群之间出现明显分离，答案就出来了。
4. 在工作电压下量，不要在击穿点量。这个失效住在漏电流区，不在拐点。

如果退货那群比新品高一个数量级，而两群都还在数据手册的上限之内，你就找到了，而且本来就没有任何一把 ESD 枪能替你重现它。如果阵列看起来很干净、IC 引脚却不干净，那表示应力是穿过保护跑掉的，不是灌进保护里，问题指向的是裕量，而不是这颗器件自己的耐受度。