一般情況下，當我們需要驗證TVS是否損壞的時候，證明系統運行出現問題了！瞬態電壓抑制器（Transient Voltage Suppressor）簡稱TVS，是一種二極體形態的高效能保護器件。TVS用來保護後級IC免受由ESD或EOS波動引起意外的過電壓和過電流影響。正常情況下，TVS並聯於受保護的線路因此不會影響系統運行，設計時將TVS對線路呈現二極體反向截止的狀態，漏電流極小，相當於線路並聯了一顆數十數百兆歐姆的大電阻，若為了便於方便理解，也可以等同於開路。
但TVS耐受度是有上限，當其通過的ESD或EOS能量超過其規格時，會呈現出不同程度的損壞。一般情況下，當二極體PN結被擊穿損壞時，其等效阻抗將急劇變小，而漏電流則迅速增大。所以一般情況下，損壞的TVS表現為短路狀態。當然，損壞的TVS也有另一種表現狀態是開路，因為受到超過規格極大的能量衝擊，將TVS內部連接的引線燒斷，不過這種情況屬於少數。況且，在系統端，TVS損壞後若呈開路狀態，那將不會影響系統的正常運作，這樣一般可能也不容易被發現。
當我們發現系統有異常時，首先會排查硬體或軟體的問題。當鎖定為硬體某個功能或線路的問題時，就需要逐個元件去分析。如圖1排查線路所示，當發現其電路出現阻抗變小，短路異常等情況時，需要判斷R，C，TVS是否正常。電阻R可以使用萬用表量測阻值，對於並聯的電容C可以使用萬用表量測其是否短路，一些帶擴展功能的萬用表也可量測容值。當然，也可以使用排除法，逐個元件取下或替換新的元件去檢測。而取下的TVS元件，可以利用三板斧來驗證TVS是否已損壞。
圖1 排查線路
DC電性檢查是初步判斷TVS是否正常的方法，主要檢測的參數是TVS的擊穿電壓及漏電流。使用萬用表可以初步驗證TVS是否正常，例如對於單向TVS管，可以使用萬用表的二極體特性去檢查電壓，一般矽管正向導通電壓在0.6V~0.9V間；對於雙向TVS管，初步可使用歐姆檔量測，看阻抗是否極大程度變小或短路。但萬用表只能對於短路的TVS初步判斷，而最重要可做為判斷基準的擊穿電壓和漏電流關鍵參數則需要使用專用儀器進行量測。常見的儀器為IV曲線量測設備，如圖2及圖3皆是使用是德科技的IV量測設備來測量疑似異常的TVS(a)和TVS(b)的IV曲線，紫色線是各自正常IV的曲線，藍色線分別為TVS(a)和TVS(b)量測後得到的IV曲線。其中，TVS(a)所量測的結果呈現短路狀態，判定為fail不良；TVS(b)雖然沒有呈現短路的狀態，但漏電流已經超過了規格書內所標定的正常規格上限，也是判定為fail不良。
圖2 TVS(a) IV-曲線
圖3 TVS(b) IV-曲線
二．X-ray
單體的電性量測完成後，已經可以從電性數值上判斷TVS的好壞，但如果要深入釐清其損壞原因和更多資訊，需要進行另外兩板斧。第二板斧，使用X光設備以非破壞性的方式進行TVS內部結構狀態的確認。在眾多TVS封裝裡，除CSP封裝外，大多TVS內部均有引線鍵合(Bonding Wire)，所以X-ray其中一個重要作用就是檢查引線是否出現問題。圖4 TVS(a)的X-ray照片，紅框內清晰地顯示其引線已經燒毀熔斷，引線一般為金線或銅線，當其熔斷表明TVS遭受超出自身規格許多的能量，因而對TVS造成嚴重的破壞。而圖5 TVS(b)的X-ray結果看到引線鍵合及框架其它均沒有明顯傷痕，結合其IV只是漏電流只是“少量”增加，初步可以判斷其遭受較小的破壞能量。為了驗證以上的初步推斷，就需要進行最後一板斧，也是比較重要的一項分析—Decap(開蓋)。
圖4 TVS(a) X-ray照片
圖5 TVS(b) X-ray照片
三．Decap
Decap是使用化學溶劑去除封裝，再使用高倍顯微鏡觀察die(晶圓)表面狀態。對於TVS而言，EOS破壞通常是起始於超出規格的外在能量擊穿矽半導體組件，EOS能量穿過晶圓時可能遺留燒黑痕跡，這些表面的燒毀狀態可以反映出能量大小，而對於多通道的TVS，可以通過觀察其燒毀位置來判斷能量是來源於哪個Pin腳。如圖6，TVS(a) Die表面出現大面積燒毀碳化，這種一般來源於破壞性嚴重的EOS能量，這側面也印證了X-ray引線被燒斷的現象，所以TVS可判斷為EOS損毀。一般而言，引線熔斷可能呈現開路的電性，但在TVS(a)這個例子上由於燒毀嚴重導致引線斷裂處會產生碳化及原本引線導電材料的粘連，所以IV量測結果呈現短路的電性。圖7為TVS(b) decap結果，紅框處可見Die有小面積燒毀痕跡，所以可以判斷其遭受的EOS能量是較小的，這也印證了IV量測結果只是漏電流“少量”增加，而不是完全短路，同時X-ray結果引線框架也是“安然無恙”。另一種情況，如果decap結果顯示die表面沒有明顯燒毀情況，這種損壞一般是在die內部，所以表面沒有異常，例如遭受ESD的破壞，能量會比EOS小得多。
圖7 TVS(b) Decap照片
對於以上驗證TVS好壞的三板斧，是系統性和全面性檢驗TVS的方法，這可以迅速和準確判斷不良品的損壞狀態。得到結果後，可以判斷異常破壞性能量的來源，種類和大小，有利於在系統端做出下一步改善的方案和對策。TVS是被動器件，不會未經外部能量啟動前無緣無故地出現損壞，如果系統遭受異常能量無法避免，可以考慮提升TVS規格來應對，不僅可以提升TVS耐受度，也可以讓系統端的防護能力得到加強。