過電應力(EOS)器件、電路與係統 暢銷書籍 正版 電子電工過電應力 EOS 器件、電路與 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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史蒂文 H.沃爾德曼 著

圖書標籤:

• 過電應力
• EOS
• 電子電工
• 器件
• 電路
• 係統
• 可靠性
• 電力電子
• 半導體
• 防護

店鋪： 智勝圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111523185

商品編碼：29798060153

包裝：平裝

齣版時間：2016-03-01

基本信息

商品名稱：	過電應力(EOS)器件、電路與係統 暢銷書籍 正版 電子電工過電應力 EOS 器件、電路與係統	開本：
作者：	史蒂文 H.沃爾德曼	頁數：
定價：	79.00元	齣版時間：	2016-03-01
ISBN號：	9787111523185	印刷時間：
齣版社：	機械工業齣版社	版次：	1
商品類型：		印次：

插圖目錄內容提要本書係統地介紹瞭過電應力（EOS）器件、電路與係統設計，並給齣瞭大量實例，將EOS理論工程化。主要內容有EOS基礎、EOS現象、EOS成因、EOS源、EOS物理及EOS失效機製，EOS電路與係統設計及EDA，半導體器件、電路與係統中的EOS失效及EOS片上與係統設計。本書是作者半導體器件可靠性係列書籍的延續。對於專業模擬集成電路及射頻集成電路設計工程師，以及係統ESD工程師具有較高的參考價值。隨著納米電代的到來，本書是一本重要的參考書，同時也是麵嚮現代技術問題有益的啓示。本書主要麵嚮需要學習和參考EOS相關設計的工程師，或需要學習EOS相關知識的微電子科學與工程和集成電路設計專業高年級本科生和研究生。編輯推薦由於工藝尺寸從微電子到納電子等比例縮小，過電應力（EOS）持續影響著半導體製造、半導體器件和係統。本書介紹瞭EOS基礎以及如何緩EOS失效。本書提供EOS現象、EOS成因、EOS源、EOS物理、EOS失效機製、EOS片上和係統設計等清晰圖片，也提齣關於製造工藝、片上集成和係統級EOS保護網絡中EOS源等富有啓發性的觀點，同時給齣特殊工藝、電路和芯片的實例。本書在內容上全麵覆蓋從片上設計與電子設計自動化到工廠級EOS項目管理的EOS生産製造問題。作者介紹Steven H.Voldman博士由於在CMOS、SOI和SiGe工藝下的靜電放電（ESD）保護方麵所作齣的貢獻，而成為瞭ESD領域的位IEEE Fellow。他於1979年在布法羅大學獲得工程學學士學位；並於1981年在麻省理工學院（MIT）獲得瞭電子工程方嚮的一個碩士學位；後來又在MIT獲得第二個電子工程學位（工程碩士學位）；1986年他在IBM的駐地研究員計劃的支持下，從佛濛特大學獲得瞭工程物理學碩士學位，並於1991年從該校獲得電子工程博士學位。他作為IBM研發團隊的一員已經有25年的曆史，主要緻力於半導體器件物理、器件設計和可靠性（如軟失效率、熱電子、漏電機製、閂鎖、ESD和EOS）的研究工作。他在ESD和CMOS閂鎖領域獲得瞭245項美。

瞬態過載的守護者：理解與駕馭電應力 在現代電子設備日益復雜和精密的今天，一個不容忽視的挑戰便是瞬態過載，尤其是被廣泛稱之為“電應力”（Electrical Overstress, EOS）的現象。EOS，顧名思義，是指器件、電路或係統在短時間內承受瞭超齣其設計極限的電壓、電流或功率，從而導緻性能下降、功能失效甚至永久性損壞。從微小的傳感器到龐大的數據中心，無一不在潛在的EOS威脅之下。 EOS 的無形之手：來源與錶現 EOS的來源多種多樣，它們如同潛藏在電源和信號通路上的“不定時炸彈”。最常見的元凶包括： 靜電放電 (ESD): 這是EOS最普遍且最具破壞性的來源之一。人體、帶電物體、甚至是工業環境中的摩擦都可能積纍靜電荷。當這些電荷突然釋放時，會在極短的時間內産生極高的電壓和電流衝擊，對微電子器件造成毀滅性打擊。例如，一個人在乾燥環境下觸摸敏感的半導體芯片，就可能在毫秒之內引發一次EOS事件。 電源波動與浪湧: 電網的不穩定、雷擊感應、開關電源的瞬態響應、甚至是設備內部器件的突然短路，都可能導緻電源電壓或電流齣現劇烈的瞬時升高。這些浪湧可能以遠高於正常工作值的幅度存在，迅速超過器件的額定承受能力。 外部乾擾: 射頻乾擾 (RFI) 和電磁乾擾 (EMI) 也會在導綫上感應齣瞬時的高電壓或高電流。雖然其幅度可能不如ESD或電源浪湧那麼極端，但如果長期反復齣現，同樣會對器件造成纍積性損傷，降低其壽命。 器件失效: 有時，EOS的根源可能來自係統內部。例如，一個功率器件的失效（如擊穿）可能會導緻電路中齣現瞬間的過大電流，進而影響到與之相連的其他器件。 設計缺陷: 不當的PCB布局、綫寬不足、接地不良、濾波不充分等設計上的疏忽，都會增加電路對EOS的敏感性，甚至在正常工作條件下也可能觸發EOS效應。 EOS的後果也同樣是多種多樣的，其破壞程度取決於EOS的幅度和持續時間，以及被影響器件的敏感度。從最輕微的性能漂移、參數變化，到最嚴重的器件燒毀、電路短路、甚至整個係統癱瘓，EOS的潛在影響不容小覷。例如，一個運行中的CPU在經曆一次強烈的ESD衝擊後，可能齣現計算錯誤、程序崩潰，甚至徹底無法啓動。同樣，一個通信基站的射頻功率放大器，如果頻繁遭受電源浪湧的侵襲，其增益會逐漸下降，最終導緻信號衰減，影響通信質量。 EOS的“幕後黑手”：失效機理探秘 理解EOS的失效機理，是有效防護的關鍵。EOS的破壞並非簡單的“燒斷”，而是涉及復雜的物理和化學過程。 熱擊穿: 這是EOS最直接的失效模式。當電流通過一個阻性元件（如電阻、半導體PN結）時，會産生焦耳熱。如果瞬態電流過大，會在極短時間內産生巨大的熱量，導緻局部溫度急劇升高。當溫度超過材料的熔點、分解點或相變點時，器件便會發生永久性損壞，例如形成熔化區域、析齣金屬晶體，或者改變半導體材料的晶體結構。 電遷移 (Electromigration): 在金屬互連綫中，高速流動的電子會攜帶動量，並作用於金屬原子。在正常工作電流下，電遷移是緩慢的過程，可能導緻互連綫性能緩慢下降。然而，在EOS事件中，極高的電流密度會導緻電子對金屬原子的動量傳遞大大增強，加速金屬原子的遷移。這可能導緻互連綫局部變薄，甚至斷裂（開路），或者金屬原子堆積形成枝晶，導緻短路。 柵氧化層擊穿: 在MOSFET等半導體器件中，柵氧化層是隔離柵極和溝道的絕緣層。正常工作電壓下，柵氧化層具有很強的絕緣能力。然而，當承受遠超額定值的瞬態電壓時，柵氧化層中的電場強度會急劇升高，超過其介電強度，導緻氧化層被擊穿，形成導電通道。一旦柵氧化層被擊穿，器件的柵極控製能力將喪失，性能嚴重下降或徹底失效。 PN結擊穿: 在二極管和晶體管的PN結中，承受過高的反嚮電壓會導緻雪崩擊穿或齊納擊穿。雖然這些擊穿模式在某些情況下可以被設計用來實現電壓穩壓，但在EOS條件下，如果能量沒有得到有效控製，這些擊穿過程産生的熱量和電流會迅速導緻PN結的永久性損壞。 封裝材料失效: 除瞭芯片本身，器件的封裝材料也可能在EOS下失效。例如，塑料封裝在高溫下可能軟化、變形，甚至釋放齣有害氣體。 EOS的“保護網”：防護策略與設計考量 麵對EOS的挑戰，係統設計者和工程師們需要構建一道嚴密的“保護網”，從源頭抑製、通路緩衝到末端泄放，全方位地保護器件和係統。 元器件選型與規格: 這是最基礎也是最重要的一步。在設計初期，必須充分瞭解係統中各個器件的EOS承受能力，並選擇滿足甚至高於應用場景要求的器件。例如，在易受ESD衝擊的接口處，應選用具有較高ESD防護等級的器件。 ESD防護器件: 在關鍵節點安裝專門的ESD防護器件是直接有效的手段。這些器件，如瞬態抑製二極管 (TVS)、瞬態電壓抑製器 (TSS)、靜電釋放器 (ESD Suppressor) 等，可以在瞬態電壓超過一定閾值時迅速導通，將多餘的電荷泄放到地，保護後續電路。 電源防護: 濾波與去耦: 在電源輸入端和關鍵節點增加電容、電感等濾波元件，可以有效抑製電源上的高頻噪聲和瞬態浪湧。去耦電容則在局部提供瞬時電流，緩解電源電壓跌落。 穩壓器與限流器件: 使用穩壓器（如LDO、DC-DC變換器）可以保證輸齣電壓的穩定。而限流電阻或保險絲則可以在過電流發生時主動斷開電路，保護器件。 浪湧保護器 (Surge Protector): 在交流電源輸入端安裝浪湧保護器，可以有效應對來自電網的雷擊感應或其他瞬態高壓。 PCB布局與布綫: 接地設計: 良好的接地是抑製EMI和ESD的關鍵。采用星型接地或實心接地層，可以減小地綫阻抗，確保信號完整性，並為ESD電流提供低阻抗的泄放路徑。 綫寬與綫距: 關鍵信號綫和電源綫的綫寬需要根據其承載的電流和信號頻率來設計，確保足夠的載流能力，避免因綫寬不足而引起的EOS。同時，閤理的綫間距可以減小串擾和寄生耦閤。 參考平麵: 為信號綫提供良好的參考平麵，有助於抑製信號的輻射和感應，提高EMC性能。 加裝泄放電阻: 在敏感的輸入/輸齣引腳附近，可以適當增加泄放電阻，以減小ESD的積纍。 係統級防護: 金屬屏蔽: 對於易受外部電磁乾擾的設備，采用金屬外殼進行屏蔽，可以顯著減弱外部電磁場的侵入。 隔離設計: 在係統內部，關鍵模塊之間采用隔離變壓器、光耦等隔離器件，可以有效防止故障在模塊間蔓延。 軟件與固件防護: 在某些情況下，軟件和固件也可以起到一定的保護作用。例如，通過監測電源電壓和電流，在檢測到異常時提前關閉設備。 EOS的“未來式”：挑戰與趨勢 隨著電子技術的飛速發展，器件尺寸不斷縮小，工作電壓不斷降低，對EOS的敏感度也越來越高。未來的電子係統將麵臨更加嚴峻的EOS挑戰： 更高密度的集成: 隨著集成度的提升，一個PCB闆上的器件數量急劇增加，一旦發生EOS，可能影響範圍更大。 更低的功耗與電壓: 更低的功耗和工作電壓意味著器件對瞬態過載的承受能力進一步降低，防護要求更高。 物聯網 (IoT) 與分布式係統: 大量聯網設備的齣現，使得EOS的防護需要從單個設備擴展到整個網絡。 汽車電子與工業控製: 這些領域對係統的可靠性要求極高，EOS的失效可能導緻嚴重的後果，因此其防護技術也尤為關鍵。 為瞭應對這些挑戰，未來的EOS防護技術將更加注重： 集成化防護: 將ESD和浪湧防護功能集成到芯片內部，實現更高效、更小尺寸的防護方案。 智能防護: 利用AI等技術，實時監測係統狀態，預測EOS風險，並采取主動的防護措施。 材料創新: 開發具有更高擊穿電壓、更低漏電流的新型絕緣和導電材料。 仿真與測試: 藉助先進的仿真工具和測試方法，更精確地預測和評估EOS的影響。 理解EOS，便是理解電子係統可靠性的一個重要維度。從基礎的器件防護到復雜的係統級設計，每一個環節的細緻考量，都構成瞭對瞬態過載的有力守護。隻有不斷深入研究，積極應對，纔能確保我們依賴的電子世界在瞬息萬變的電應力麵前，保持穩定與可靠。

評分☆☆☆☆☆

我花瞭相當長的時間來對比和篩選市麵上關於這個領域的內容，最終選擇瞭這本書，主要原因在於其內容的廣度和深度是其他同類書籍難以比擬的。它不僅僅停留在理論層麵，而是非常紮實地結閤瞭大量的實際案例和工程實踐經驗。書中對不同應用場景下的具體問題分析得極其透徹，提供瞭非常多“拿來就能用”的解決方案框架。對於我們這些需要將理論知識轉化為實際工程能力的人來說，這種實戰導嚮的內容簡直是雪中送炭。我尤其欣賞作者在每一章末尾設置的“反思與挑戰”部分，它迫使讀者跳齣現有的知識舒適區，去思考更深層次的問題，極大地激發瞭我的批判性思維和解決復雜問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的章節邏輯安排得極為清晰流暢，完全是按照一個循序漸進的學習路徑來構建的。作者似乎非常清楚讀者的大腦是如何吸收和處理新知識的，知識點之間的過渡自然而然，沒有那種生硬的跳躍感。從最基礎的原理介紹，到中級的模塊分析，再到高級的係統級設計考量，每一步的銜接都像是精心設計的交響樂章，層層遞進，引人入勝。這種優秀的結構設計，使得讀者可以根據自己的現有水平選擇性地深入學習，而不是被動地被牽著走。對我個人而言，這種清晰的脈絡結構極大地提升瞭我對復雜知識體係的整體把握能力，大大減少瞭“迷路”的感覺。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常鮮活，不像一些技術書籍那樣闆著臉孔，讀起來枯燥乏味。作者似乎很懂得如何將復雜的概念用日常的語言來闡述，即便是初學者也能很快抓住核心要點。我記得好幾處地方，作者會用一些生動形象的比喻來解釋那些抽象的物理現象，這極大地降低瞭我的學習門檻。更難得的是，盡管語言輕鬆幽默，但其內容的嚴謹性卻絲毫沒有打摺扣。它在提供直觀理解的同時，也確保瞭技術細節的準確無誤，這種平衡把握得非常到位。這種既有溫度又不失深度的錶達方式，讓我在閱讀過程中保持瞭很高的專注度，甚至有時候會忍不住笑齣聲來，這在技術書籍中是極其罕見的體驗。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和印刷質量真是沒得挑，拿到手上就感覺物超所值。封麵設計簡潔大氣，拿到手裏沉甸甸的，看得齣齣版社在細節上還是下瞭不少功夫的。內頁紙張摸起來手感很舒服，不是那種廉價的紙張，閱讀起來對眼睛也比較友好。裝訂也相當紮實，翻頁的時候感覺非常順滑，完全不用擔心鬆頁或者損壞。雖然我主要關注內容，但好的載體無疑能提升閱讀體驗。我特彆喜歡它在排版上的用心，字體大小適中，行間距也處理得恰到好處，即便是長時間閱讀也不會覺得擁擠或疲勞。而且，這本書的尺寸設計得也比較閤理，方便攜帶，無論是放在書包裏還是放在書架上都顯得非常得體。從收到書的那一刻起，我就對這次的購買非常滿意，這絕對是一本值得收藏的實體書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的圖錶質量和專業性達到瞭一個令人贊嘆的高度。很多技術書籍的插圖往往隻是草草瞭事，勉強能看懂即可，但這本書中的每一個示意圖、每一個波形圖，都經過瞭精心的繪製和標注。它們不僅是簡單的輔助說明，更是內容本身的重要組成部分。例如，那些復雜的電路拓撲圖，綫條清晰，標識明確，即便是沒有文字的配閤，我也能大緻推斷齣其工作原理。更重要的是，這些圖示與文字描述完美互補，常常一個精心設計的圖錶勝過韆言萬語的解釋。這種對視覺化學習材料的重視，無疑是作者專業素養的體現，也極大地幫助我理解瞭那些原本可能非常晦澀難懂的內部機製。