过电应力(EOS)器件、电路与系统 畅销书籍 正版 电子电工过电应力 EOS 器件、电路与 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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史蒂文 H.沃尔德曼 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111523185

商品编码：29798060153

包装：平装

出版时间：2016-03-01

基本信息

商品名称：	过电应力(EOS)器件、电路与系统 畅销书籍 正版 电子电工过电应力 EOS 器件、电路与系统	开本：
作者：	史蒂文 H.沃尔德曼	页数：
定价：	79.00元	出版时间：	2016-03-01
ISBN号：	9787111523185	印刷时间：
出版社：	机械工业出版社	版次：	1
商品类型：		印次：

插图目录内容提要本书系统地介绍了过电应力（EOS）器件、电路与系统设计，并给出了大量实例，将EOS理论工程化。主要内容有EOS基础、EOS现象、EOS成因、EOS源、EOS物理及EOS失效机制，EOS电路与系统设计及EDA，半导体器件、电路与系统中的EOS失效及EOS片上与系统设计。本书是作者半导体器件可靠性系列书籍的延续。对于专业模拟集成电路及射频集成电路设计工程师，以及系统ESD工程师具有较高的参考价值。随着纳米电代的到来，本书是一本重要的参考书，同时也是面向现代技术问题有益的启示。本书主要面向需要学习和参考EOS相关设计的工程师，或需要学习EOS相关知识的微电子科学与工程和集成电路设计专业高年级本科生和研究生。编辑推荐由于工艺尺寸从微电子到纳电子等比例缩小，过电应力（EOS）持续影响着半导体制造、半导体器件和系统。本书介绍了EOS基础以及如何缓EOS失效。本书提供EOS现象、EOS成因、EOS源、EOS物理、EOS失效机制、EOS片上和系统设计等清晰图片，也提出关于制造工艺、片上集成和系统级EOS保护网络中EOS源等富有启发性的观点，同时给出特殊工艺、电路和芯片的实例。本书在内容上全面覆盖从片上设计与电子设计自动化到工厂级EOS项目管理的EOS生产制造问题。作者介绍Steven H.Voldman博士由于在CMOS、SOI和SiGe工艺下的静电放电（ESD）保护方面所作出的贡献，而成为了ESD领域的位IEEE Fellow。他于1979年在布法罗大学获得工程学学士学位；并于1981年在麻省理工学院（MIT）获得了电子工程方向的一个硕士学位；后来又在MIT获得第二个电子工程学位（工程硕士学位）；1986年他在IBM的驻地研究员计划的支持下，从佛蒙特大学获得了工程物理学硕士学位，并于1991年从该校获得电子工程博士学位。他作为IBM研发团队的一员已经有25年的历史，主要致力于半导体器件物理、器件设计和可靠性（如软失效率、热电子、漏电机制、闩锁、ESD和EOS）的研究工作。他在ESD和CMOS闩锁领域获得了245项美。

瞬态过载的守护者：理解与驾驭电应力 在现代电子设备日益复杂和精密的今天，一个不容忽视的挑战便是瞬态过载，尤其是被广泛称之为“电应力”（Electrical Overstress, EOS）的现象。EOS，顾名思义，是指器件、电路或系统在短时间内承受了超出其设计极限的电压、电流或功率，从而导致性能下降、功能失效甚至永久性损坏。从微小的传感器到庞大的数据中心，无一不在潜在的EOS威胁之下。 EOS 的无形之手：来源与表现 EOS的来源多种多样，它们如同潜藏在电源和信号通路上的“不定时炸弹”。最常见的元凶包括： 静电放电 (ESD): 这是EOS最普遍且最具破坏性的来源之一。人体、带电物体、甚至是工业环境中的摩擦都可能积累静电荷。当这些电荷突然释放时，会在极短的时间内产生极高的电压和电流冲击，对微电子器件造成毁灭性打击。例如，一个人在干燥环境下触摸敏感的半导体芯片，就可能在毫秒之内引发一次EOS事件。 电源波动与浪涌: 电网的不稳定、雷击感应、开关电源的瞬态响应、甚至是设备内部器件的突然短路，都可能导致电源电压或电流出现剧烈的瞬时升高。这些浪涌可能以远高于正常工作值的幅度存在，迅速超过器件的额定承受能力。 外部干扰: 射频干扰 (RFI) 和电磁干扰 (EMI) 也会在导线上感应出瞬时的高电压或高电流。虽然其幅度可能不如ESD或电源浪涌那么极端，但如果长期反复出现，同样会对器件造成累积性损伤，降低其寿命。 器件失效: 有时，EOS的根源可能来自系统内部。例如，一个功率器件的失效（如击穿）可能会导致电路中出现瞬间的过大电流，进而影响到与之相连的其他器件。 设计缺陷: 不当的PCB布局、线宽不足、接地不良、滤波不充分等设计上的疏忽，都会增加电路对EOS的敏感性，甚至在正常工作条件下也可能触发EOS效应。 EOS的后果也同样是多种多样的，其破坏程度取决于EOS的幅度和持续时间，以及被影响器件的敏感度。从最轻微的性能漂移、参数变化，到最严重的器件烧毁、电路短路、甚至整个系统瘫痪，EOS的潜在影响不容小觑。例如，一个运行中的CPU在经历一次强烈的ESD冲击后，可能出现计算错误、程序崩溃，甚至彻底无法启动。同样，一个通信基站的射频功率放大器，如果频繁遭受电源浪涌的侵袭，其增益会逐渐下降，最终导致信号衰减，影响通信质量。 EOS的“幕后黑手”：失效机理探秘 理解EOS的失效机理，是有效防护的关键。EOS的破坏并非简单的“烧断”，而是涉及复杂的物理和化学过程。 热击穿: 这是EOS最直接的失效模式。当电流通过一个阻性元件（如电阻、半导体PN结）时，会产生焦耳热。如果瞬态电流过大，会在极短时间内产生巨大的热量，导致局部温度急剧升高。当温度超过材料的熔点、分解点或相变点时，器件便会发生永久性损坏，例如形成熔化区域、析出金属晶体，或者改变半导体材料的晶体结构。 电迁移 (Electromigration): 在金属互连线中，高速流动的电子会携带动量，并作用于金属原子。在正常工作电流下，电迁移是缓慢的过程，可能导致互连线性能缓慢下降。然而，在EOS事件中，极高的电流密度会导致电子对金属原子的动量传递大大增强，加速金属原子的迁移。这可能导致互连线局部变薄，甚至断裂（开路），或者金属原子堆积形成枝晶，导致短路。 栅氧化层击穿: 在MOSFET等半导体器件中，栅氧化层是隔离栅极和沟道的绝缘层。正常工作电压下，栅氧化层具有很强的绝缘能力。然而，当承受远超额定值的瞬态电压时，栅氧化层中的电场强度会急剧升高，超过其介电强度，导致氧化层被击穿，形成导电通道。一旦栅氧化层被击穿，器件的栅极控制能力将丧失，性能严重下降或彻底失效。 PN结击穿: 在二极管和晶体管的PN结中，承受过高的反向电压会导致雪崩击穿或齐纳击穿。虽然这些击穿模式在某些情况下可以被设计用来实现电压稳压，但在EOS条件下，如果能量没有得到有效控制，这些击穿过程产生的热量和电流会迅速导致PN结的永久性损坏。 封装材料失效: 除了芯片本身，器件的封装材料也可能在EOS下失效。例如，塑料封装在高温下可能软化、变形，甚至释放出有害气体。 EOS的“保护网”：防护策略与设计考量 面对EOS的挑战，系统设计者和工程师们需要构建一道严密的“保护网”，从源头抑制、通路缓冲到末端泄放，全方位地保护器件和系统。 元器件选型与规格: 这是最基础也是最重要的一步。在设计初期，必须充分了解系统中各个器件的EOS承受能力，并选择满足甚至高于应用场景要求的器件。例如，在易受ESD冲击的接口处，应选用具有较高ESD防护等级的器件。 ESD防护器件: 在关键节点安装专门的ESD防护器件是直接有效的手段。这些器件，如瞬态抑制二极管 (TVS)、瞬态电压抑制器 (TSS)、静电释放器 (ESD Suppressor) 等，可以在瞬态电压超过一定阈值时迅速导通，将多余的电荷泄放到地，保护后续电路。 电源防护: 滤波与去耦: 在电源输入端和关键节点增加电容、电感等滤波元件，可以有效抑制电源上的高频噪声和瞬态浪涌。去耦电容则在局部提供瞬时电流，缓解电源电压跌落。 稳压器与限流器件: 使用稳压器（如LDO、DC-DC变换器）可以保证输出电压的稳定。而限流电阻或保险丝则可以在过电流发生时主动断开电路，保护器件。 浪涌保护器 (Surge Protector): 在交流电源输入端安装浪涌保护器，可以有效应对来自电网的雷击感应或其他瞬态高压。 PCB布局与布线: 接地设计: 良好的接地是抑制EMI和ESD的关键。采用星型接地或实心接地层，可以减小地线阻抗，确保信号完整性，并为ESD电流提供低阻抗的泄放路径。 线宽与线距: 关键信号线和电源线的线宽需要根据其承载的电流和信号频率来设计，确保足够的载流能力，避免因线宽不足而引起的EOS。同时，合理的线间距可以减小串扰和寄生耦合。 参考平面: 为信号线提供良好的参考平面，有助于抑制信号的辐射和感应，提高EMC性能。 加装泄放电阻: 在敏感的输入/输出引脚附近，可以适当增加泄放电阻，以减小ESD的积累。 系统级防护: 金属屏蔽: 对于易受外部电磁干扰的设备，采用金属外壳进行屏蔽，可以显著减弱外部电磁场的侵入。 隔离设计: 在系统内部，关键模块之间采用隔离变压器、光耦等隔离器件，可以有效防止故障在模块间蔓延。 软件与固件防护: 在某些情况下，软件和固件也可以起到一定的保护作用。例如，通过监测电源电压和电流，在检测到异常时提前关闭设备。 EOS的“未来式”：挑战与趋势 随着电子技术的飞速发展，器件尺寸不断缩小，工作电压不断降低，对EOS的敏感度也越来越高。未来的电子系统将面临更加严峻的EOS挑战： 更高密度的集成: 随着集成度的提升，一个PCB板上的器件数量急剧增加，一旦发生EOS，可能影响范围更大。 更低的功耗与电压: 更低的功耗和工作电压意味着器件对瞬态过载的承受能力进一步降低，防护要求更高。 物联网 (IoT) 与分布式系统: 大量联网设备的出现，使得EOS的防护需要从单个设备扩展到整个网络。 汽车电子与工业控制: 这些领域对系统的可靠性要求极高，EOS的失效可能导致严重的后果，因此其防护技术也尤为关键。 为了应对这些挑战，未来的EOS防护技术将更加注重： 集成化防护: 将ESD和浪涌防护功能集成到芯片内部，实现更高效、更小尺寸的防护方案。 智能防护: 利用AI等技术，实时监测系统状态，预测EOS风险，并采取主动的防护措施。 材料创新: 开发具有更高击穿电压、更低漏电流的新型绝缘和导电材料。 仿真与测试: 借助先进的仿真工具和测试方法，更精确地预测和评估EOS的影响。 理解EOS，便是理解电子系统可靠性的一个重要维度。从基础的器件防护到复杂的系统级设计，每一个环节的细致考量，都构成了对瞬态过载的有力守护。只有不断深入研究，积极应对，才能确保我们依赖的电子世界在瞬息万变的电应力面前，保持稳定与可靠。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常鲜活，不像一些技术书籍那样板着脸孔，读起来枯燥乏味。作者似乎很懂得如何将复杂的概念用日常的语言来阐述，即便是初学者也能很快抓住核心要点。我记得好几处地方，作者会用一些生动形象的比喻来解释那些抽象的物理现象，这极大地降低了我的学习门槛。更难得的是，尽管语言轻松幽默，但其内容的严谨性却丝毫没有打折扣。它在提供直观理解的同时，也确保了技术细节的准确无误，这种平衡把握得非常到位。这种既有温度又不失深度的表达方式，让我在阅读过程中保持了很高的专注度，甚至有时候会忍不住笑出声来，这在技术书籍中是极其罕见的体验。

评分☆☆☆☆☆

我花了相当长的时间来对比和筛选市面上关于这个领域的内容，最终选择了这本书，主要原因在于其内容的广度和深度是其他同类书籍难以比拟的。它不仅仅停留在理论层面，而是非常扎实地结合了大量的实际案例和工程实践经验。书中对不同应用场景下的具体问题分析得极其透彻，提供了非常多“拿来就能用”的解决方案框架。对于我们这些需要将理论知识转化为实际工程能力的人来说，这种实战导向的内容简直是雪中送炭。我尤其欣赏作者在每一章末尾设置的“反思与挑战”部分，它迫使读者跳出现有的知识舒适区，去思考更深层次的问题，极大地激发了我的批判性思维和解决复杂问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和印刷质量真是没得挑，拿到手上就感觉物超所值。封面设计简洁大气，拿到手里沉甸甸的，看得出出版社在细节上还是下了不少功夫的。内页纸张摸起来手感很舒服，不是那种廉价的纸张，阅读起来对眼睛也比较友好。装订也相当扎实，翻页的时候感觉非常顺滑，完全不用担心松页或者损坏。虽然我主要关注内容，但好的载体无疑能提升阅读体验。我特别喜欢它在排版上的用心，字体大小适中，行间距也处理得恰到好处，即便是长时间阅读也不会觉得拥挤或疲劳。而且，这本书的尺寸设计得也比较合理，方便携带，无论是放在书包里还是放在书架上都显得非常得体。从收到书的那一刻起，我就对这次的购买非常满意，这绝对是一本值得收藏的实体书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的图表质量和专业性达到了一个令人赞叹的高度。很多技术书籍的插图往往只是草草了事，勉强能看懂即可，但这本书中的每一个示意图、每一个波形图，都经过了精心的绘制和标注。它们不仅是简单的辅助说明，更是内容本身的重要组成部分。例如，那些复杂的电路拓扑图，线条清晰，标识明确，即便是没有文字的配合，我也能大致推断出其工作原理。更重要的是，这些图示与文字描述完美互补，常常一个精心设计的图表胜过千言万语的解释。这种对视觉化学习材料的重视，无疑是作者专业素养的体现，也极大地帮助我理解了那些原本可能非常晦涩难懂的内部机制。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节逻辑安排得极为清晰流畅，完全是按照一个循序渐进的学习路径来构建的。作者似乎非常清楚读者的大脑是如何吸收和处理新知识的，知识点之间的过渡自然而然，没有那种生硬的跳跃感。从最基础的原理介绍，到中级的模块分析，再到高级的系统级设计考量，每一步的衔接都像是精心设计的交响乐章，层层递进，引人入胜。这种优秀的结构设计，使得读者可以根据自己的现有水平选择性地深入学习，而不是被动地被牵着走。对我个人而言，这种清晰的脉络结构极大地提升了我对复杂知识体系的整体把握能力，大大减少了“迷路”的感觉。