一般情况下，当我们需要验证TVS是否损坏的时候，证明系统运行出现问题了！瞬态电压抑制器（Transient Voltage Suppressor）简称TVS，是一种二极管形态的高效能保护器件。TVS用来保护后级IC免受由ESD或EOS波动引起意外的过电压和过电流影响。正常情况下，TVS并联于受保护的线路因此不会影响系统运行，设计时将TVS对线路呈现二极管反向截止的状态，漏电流极小，相当于线路并联了一颗数十数百兆欧姆的大电阻，若为了便于方便理解，也可以等同于开路。
但TVS耐受度是有上限，当其通過的ESD或EOS能量超过其规格时，会呈现出不同程度的损坏。一般情况下，当二极管PN结被击穿损坏时，其等效阻抗将急剧变小，而漏电流则迅速增大。所以一般情况下，损坏的TVS表现为短路状态。当然，损坏的TVS也有另一种表现状态是开路，因为受到超过规格极大的能量冲击，将TVS内部的连接的引线烧断，不过这种情况属于少数。况且，在系统端，TVS损坏后若呈开路状态，那将不会影响系统的正常运作，这样一般可能也不容易被发现。
当我们发现系统有异常时，首先会排查硬件或软件的问题。当锁定为硬件某个功能或线路的问题时，就需要逐个元件去分析。如图1排查线路所示，当发现其电路出现阻抗变小，短路异常等情况时，需要判断R，C，TVS是否正常。电阻R可以使用万用表量测阻值，对于并联的电容C可以使用万用表量测其是否短路，一些带扩展功能的万用表也可量测容值。当然，也可以使用排除法，逐个元件取下或替换新的元件去检测。而取下的TVS元件，可以利用三板斧來验证TVS是否已损坏。
图1 排查线路
一．DC电性检查
DC电性检查是初步判断TVS是否正常的方法，主要检测的参数是TVS的击穿电压及漏电流。使用万用表可以初步验证TVS是否正常，例如对于单向TVS管，可以使用万用表的二极管特性去检查电压，一般硅管正向导通电压在0.6V~0.9V间；对于双向TVS管，初步可使用欧姆档量测，看阻抗是否极大程度变小或短路。但万用表只能对于短路的TVS初步判断，而最重要可做为判断基准的击穿电压和漏电流关键参数则需要使用专用仪器进行量测。常见的仪器为IV曲线量测设备，如图2及图3皆是使用是德科技的IV量测设备来测量疑似异常的TVS(a)和TVS(b)的IV曲线，紫色线是各自正常IV的曲线，蓝色线分别为TVS(a)和TVS(b)量测后得到的 IV曲线。其中，TVS(a)所量测的结果呈现短路状态，判定为fail不良；TVS(b)虽然没有呈现短路的状态，但漏电流已经超过了规格书内所标定的正常规格上限，也是判定为fail不良。
图2 TVS(a) IV-曲线
图3 TVS(b) IV-曲线
单体的电性量测完成后，已经可以从电性数值上判断TVS的好坏，但如果要深入厘清其损坏原因和更多信息，需要进行另外两板斧。第二板斧，使用X光设备以非破坏性的方式进行TVS内部结构状态的确认。在众多TVS封装里，除CSP封装外，大多TVS内部均有引线键合(Bonding Wire)，所以X-ray其中一个重要作用就是检查引线是否出现问题。图4 TVS(a)的X-ray照片，红框内清晰地显示其引线已经烧毁熔断，引线一般为金线或铜线，当其熔断表明TVS遭受超出自身规格许多的能量，因而对TVS造成严重的破坏。而图5 TVS(b)的X-ray结果看到引线键合及框架其它均没有明显伤痕，结合其IV只是漏电流只是“少量”增加，初步可以判断其遭受较小的破坏能量。为了验证以上的初步推断，就需要进行最后一板斧，也是比较重要的一项分析—Decap(开盖)。
图4 TVS(a) X-ray照片
图5 TVS(b) X-ray照片
三．Decap
Decap是使用化学溶剂去除封装，再使用高倍显微镜观察die(晶圆)表面状态。对于TVS而言，EOS破坏通常是起始于超出规格的外在能量击穿硅半导体组件，EOS能量穿过晶圆时可能遗留烧黑痕迹，这些表面的烧毁状态可以反映出能量大小，而对于多通道的TVS，可以通过观察其烧毁位置来判断能量是来源于哪个Pin脚。如图6，TVS(a) Die表面出现大面积烧毁碳化，这种一般来源于破坏性严重的EOS能量，这侧面也印证了X-ray引线被烧断的现象，所以TVS可判断为EOS损毁。一般而言，引线熔断可能呈现开路的电性，但在TVS(a)这个例子上由于烧毁严重导致引线断裂处会产生碳化及原本引线导电材料的粘连，所以IV量测结果呈现短路的电性。。图7为TVS(b) decap结果 ，红框处可见Die有小面积烧毁痕迹，所以可以判断其遭受的EOS能量是较小的，这也印证了IV量测结果只是漏电流“少量”增加，而不是完全短路，同时X-ray结果引线框架也是“安然无恙”。另外一种情况，如果decap结果显示die表面没有明显烧毁情况，这种损坏一般是在die内部，所以表面没有异常，例如遭受ESD的破坏，能量会比EOS小得多。
图7 TVS(b) Decap照片
对于以上验证TVS好坏的三板斧，是系统性和全面性检验TVS的方法，这可以迅速和准确判断不良品的损坏状态。得到结果后，可以判断异常破坏性能量的来源，种类和大小，有利于在系统端做出下一步改善的方案和对策。TVS是被动器件，不会未经外部能量启动前无缘无故地出现损坏，如果系统遭受异常能量无法避免，可以考虑提升TVS规格来应对，不仅可以提升TVS耐受度，也可以让系统端的防护能力得到加强。