Ce que vous devez savoir sur les modèles, la protection et les tests ESD

Simulateur ESD
An Simulateur ESD, souvent connu sous le nom de Pistolet ESD, est un appareil portable utilisé pour évaluer la résistance des appareils à décharge électrostatique (ESD). Ces simulateurs sont utilisés dans les laboratoires spécialisés en compatibilité électromagnétique (CEM). Les impulsions ESD sont des impulsions haute tension produites lorsque deux éléments avec des charges électriques opposées entrent en contact. Ils peuvent être recréés dans un environnement de test pour s'assurer que le gadget testé résiste aux décharges d'électricité statique.

Test d'ESD
Test d'ESD est requis pour la plupart des fournisseurs de composants automobiles dans le cadre des tests de compatibilité électromagnétique obligatoires. Il est souvent avantageux d'automatiser ces tests pour éliminer le facteur humain. Test d'ESD est requis pour la plupart des fournisseurs de composants automobiles dans le cadre des tests de compatibilité électromagnétique obligatoires. Il est souvent avantageux d'automatiser ces tests pour éliminer le facteur humain.

Types de testeur ESD IC
Les testeurs logiques, les testeurs de mémoire et les testeurs analogiques sont les trois types de testeurs. Normalement, les tests IC sont effectués en deux étapes : test de tranche (également connu sous le nom de tri de puces ou test de sonde) et test d'emballage (également connu sous le nom de test final) après l'emballage. Le test de plaquette utilise un sondeur et une carte sonde, tandis que le test de boîtier utilise un gestionnaire, une prise de test et un testeur.

CI
Les circuits intégrés linéaires (CI) tels que les amplificateurs opérationnels, les amplificateurs d'entrée et les convertisseurs de données sont protégés avant d'être placés sur une carte de circuit imprimé. C'est une condition hors circuit. Dans un tel état, les circuits intégrés sont entièrement à la merci de leur environnement en termes de surtensions stressantes qu'ils peuvent rencontrer. Les décharges électrostatiques, ou ESD comme on les appelle plus fréquemment, sont à l'origine de la majorité des surtensions dangereuses. Il s'agit d'un transfert de charge électrostatique unique, rapide et à courant élevé provoqué par l'un des deux scénarios.

Ces conditions sont
1. Transfert de contact direct entre deux objets de potentiels différents (parfois appelé décharge de contact)
2. Lorsque deux éléments sont à proximité, ils génèrent un fort champ électrostatique (parfois appelé décharge d'air) Les principales sources d'électricité statique sont en grande partie des isolants et sont souvent des matériaux synthétiques, tels que des surfaces de travail en vinyle ou en plastique, des chaussures isolées, des chaises en bois fini , scotch, bulles d'air, fers à souder avec pointes non mises à la terre, etc.

Parce que leur charge n'est pas facilement répartie sur leurs surfaces ou transférée à d'autres objets, les niveaux de tension créés par ces sources peuvent être extrêmement élevés. L'effet triboélectrique est la création d'électricité statique induite par le frottement de deux substances ensemble.
• Marcher sur un tapis 1000V - 1500V
• Marcher sur un sol en vinyle 150V - 250V
• Gestion du matériel protégé par des couvercles en plastique transparent 400V - 600V
• Manipulation de sacs en polyéthylène 1000 2000 V – XNUMX XNUMX V
• Mousse de polyuréthane coulée dans un conteneur 1200V - 1500V

Remarque : Ce qui précède suppose une humidité relative de 60 %. Les tensions peuvent être plus de dix fois plus élevées avec une faible HR (30%).

Les hautes tensions et les courants de crête élevés des décharges électrostatiques peuvent détruire les circuits intégrés. Les circuits analogiques de précision, qui ont souvent des courants de polarisation très faibles, sont plus vulnérables aux dommages que les circuits numériques conventionnels car les architectures de protection ESD traditionnelles augmentent les fuites d'entrée et ne peuvent donc pas être utilisées.

La manifestation la plus courante des dommages ESD pour l'ingénieur ou le technicien de conception est une défaillance catastrophique du CI. L'exposition aux décharges électrostatiques, en revanche, peut entraîner une fuite accrue ou la détérioration d'autres caractéristiques. Si un appareil ne semble pas satisfaire à une norme de fiche technique lors de l'examen, les dommages causés par les décharges électrostatiques doivent être évalués. Décrit certains éléments importants concernant les défaillances induites par les décharges électrostatiques.

Mécanismes de défaillance ESD
• Dommages diélectriques ou de jonction
• Accumulation de charges superficielles
• Conducteur fusionnant ESD

Les dommages peuvent causer
• Augmentation des fuites
• Dégradation des performances
• Défaillances fonctionnelles des circuits intégrés

Les dommages ESD sont souvent cumulatifs ; par exemple, chaque « zap » ESD peut causer plus de dommages à la jonction, provoquant éventuellement la défaillance de l'appareil.

Protection ESD
Comprendre les dommages causés par les décharges électrostatiques Un emballage de protection est utilisé pour tous les équipements sensibles aux décharges électrostatiques. Les circuits intégrés sont généralement emballés dans des tubes en mousse conductrice ou antistatiques, qui sont ensuite scellés dans un sac en plastique antistatique. Le sac scellé est étiqueté avec un code unique qui décrit les instructions de manipulation appropriées.

La présence d'avertissements extérieurs sur l'emballage avertit l'utilisateur que des pratiques de manipulation de l'appareil adaptées à la protection ESD sont requises. De plus, les fiches techniques des circuits intégrés sensibles aux décharges électrostatiques incluent généralement une déclaration bien visible à cet effet. Tous les gadgets sensibles à l'électricité statique sont emballés individuellement dans un emballage protecteur et étiquetés avec des instructions de manipulation.

Des charges électrostatiques aussi élevées que 4000 V peuvent facilement se développer sur le corps humain et l'équipement de test et se décharger sans être détectées. Bien que l'ADXXX inclue des circuits de sécurité ESD brevetés, les composants électroniques soumis à des décharges électrostatiques à haute énergie peuvent subir des dommages irréparables. Pour éviter une détérioration des performances ou une perte de fonctionnalité, des protections ESD adéquates sont recommandées. La protection est relativement simple une fois que les dispositifs sensibles aux décharges électrostatiques sont reconnus.

Conserver les circuits intégrés dans leur emballage de protection d'origine est évidemment une première étape. La décharge de sources ESD potentiellement dangereuses avant que des dommages au circuit intégré ne se produisent est une deuxième étape. De telles tensions peuvent être déchargées rapidement et en toute sécurité en utilisant une impédance élevée. Un établi avec une surface antistatique est un composant essentiel pour la manipulation de CI en toute sécurité ESD. Une résistance de 1 M connecte la surface à la terre, dissipant toute charge statique tout en protégeant l'utilisateur des dangers de choc électrique par défaut à la terre. Si les plans de travail ne sont pas conducteurs, un tapis antistatique doit être installé en plus de la résistance de décharge.

N'oubliez pas que si un circuit intégré chargé est déchargé à travers une faible impédance, un courant de crête élevé peut circuler. C'est exactement ce qui se passe lorsqu'un circuit intégré chargé entre en contact avec une carte recouverte de cuivre mise à la terre. Lorsque le même circuit intégré chargé est placé sur une surface à haute impédance. Le courant de crête est cependant insuffisant pour détruire l'équipement.

Une variété de stratégies de manipulation du personnel est essentielle pour minimiser les dommages liés à l'ESD. Lors de la manipulation d'électronique sensible aux décharges électrostatiques au poste de travail, un bracelet antistatique conducteur est recommandé. La dragonne empêche les opérations typiques telles que le retrait du ruban adhésif des colis de causer des dommages au circuit intégré. Encore une fois, une résistance de 1 M est requise entre le bracelet et le sol pour des raisons de sécurité. Lors de l'assemblage de cartes PC avec des circuits intégrés sensibles aux décharges électrostatiques, tous les composants passifs doivent être placés et soudés avant les circuits intégrés. Cela réduit l'exposition ESD des composants électroniques sensibles. Bien sûr, le fer à souder doit avoir une panne mise à la terre.

La protection ESD des circuits intégrés nécessite l'implication à la fois du fabricant de circuits intégrés et du client. Les fabricants de circuits intégrés ont tout intérêt à fournir leurs appareils avec le meilleur niveau de protection ESD possible. Les concepteurs de circuits intégrés, les ingénieurs de procédés, les spécialistes de l'emballage et d'autres sont continuellement à la recherche de conceptions de circuits, de processus et de solutions d'emballage nouveaux et améliorés qui peuvent résister ou dériver l'énergie ESD.

Une stratégie complète de protection contre les décharges électrostatiques, d'autre part, nécessite plus que la simple intégration de la protection contre les décharges électrostatiques dans les circuits intégrés. Les utilisateurs de circuits intégrés doivent également donner à leur personnel les connaissances et la formation appropriées sur les techniques de traitement des décharges électrostatiques, afin que la protection puisse être intégrée à toutes les étapes critiques du processus. Décrit comme suit.

Appareils analogiques
• Conception et fabrication de circuits
• Créer des produits avec le plus haut niveau de protection ESD tout en conservant les performances analogiques et numériques essentielles.
• Emballer et expédier
• Un matériau antistatique doit être emballé. Les colis doivent être étiquetés avec un avertissement ESD.

Clients
• Inspection entrante
• Inspecter au poste de travail mis à la terre. Minimiser la manipulation.
• Contrôle de l'inventaire
• Conserver dans l'emballage d'origine protégé contre les décharges électrostatiques. Minimiser la manipulation.
• Fabrication
• Livrer sur le lieu de travail dans son emballage d'origine protégé contre les décharges électrostatiques. Ouvrez les colis uniquement sur un poste de travail mis à la terre. Emballer les sous-ensembles dans des emballages antistatiques.
• Emballer et expédier
• Emballer dans un matériau antistatique si nécessaire. Les cartes de remplacement ou en option peuvent nécessiter une attention particulière.

La protection ESD nécessite un partenariat entre ADI et l'utilisateur final, y compris le contrôle aux points clés. Lors de la maquette et de l'évaluation des CI, une extrême prudence doit être exercée. Étant donné que les conséquences des dommages causés par les décharges électrostatiques peuvent être cumulatives, une mauvaise utilisation persistante d'un appareil peut entraîner une défaillance. L'insertion et le retrait des circuits intégrés des prises de test, le stockage des dispositifs pour évaluation, ainsi que l'ajout et le retrait de composants externes de la maquette doivent tous être effectués en gardant à l'esprit les protections ESD appropriées. Si un appareil tombe en panne pendant le développement d'un système prototype, le stress ESD répétitif peut en être la cause.

Le mot clé à retenir en matière d'EDD est la prévention. Les dommages ESD ne peuvent pas être annulés et leurs effets ne peuvent pas être compensés.

Modèles et tests de circuits intégrés ESD
Certaines applications sont plus sensibles aux décharges électrostatiques que d'autres. Les circuits intégrés situés sur une carte PC entourés d'autres circuits sont beaucoup moins sensibles aux dommages ESD que les circuits qui doivent s'interfacer avec d'autres cartes PC ou le monde extérieur. Ces circuits intégrés ne sont généralement pas spécifiés ou garantis pour répondre à des critères ESD spécifiques (à l'exception des dispositifs classifiés). Les CI de port d'interface RS-232 sur un ordinateur sont un bon exemple d'interface sensible aux décharges électrostatiques car ils sont facilement exposés à des tensions élevées.

Les techniques de test et les restrictions doivent être établies pour garantir les performances ESD de ces dispositifs. Pour évaluer la vulnérabilité des dispositifs aux décharges électrostatiques, une pléthore de formes d'onde de test et d'exigences a été établie. Le modèle de corps humain (HBM), le modèle de machine (MM) et le modèle de dispositif chargé sont les trois formes d'onde les plus importantes actuellement utilisées pour les dispositifs à semi-conducteurs ou discrets (CDM).

Parce que chacun de ces modèles représente un événement ESD fondamentalement différent, il y a peu de cohérence entre les résultats des tests pour ces modèles. Depuis 1996, tous les équipements électroniques livrés vers ou à l'intérieur de la Communauté européenne doivent respecter les normes de compatibilité électromécanique (CEM) énoncées dans la réglementation IEC1000-4-x.

Il convient de noter que cela ne s'applique pas aux circuits intégrés individuels, mais plutôt à l'ensemble du produit. Ces normes, ainsi que les techniques de test, sont définies dans les différentes spécifications IEC1000. La norme CEI 1000-4-2 exige que les tests de conformité soient effectués à l'aide de l'une des deux méthodes de couplage : décharge par contact ou décharge par entrefer. Une connexion directe à l'unité testée est nécessaire pour la décharge par contact.

La décharge d'entrefer utilise une tension de test plus élevée mais évite le contact direct avec l'unité testée. Le pistolet à décharge est avancé vers l'équipement testé, créant un arc à travers l'entrefer, d'où l'expression décharge d'air. L'humidité, la température, la pression barométrique, la distance et le taux de fermeture du pistolet de décharge ont tous un impact sur cette procédure. Bien que moins réaliste, la méthode de décharge par contact est plus reproductible et gagne en popularité par rapport à la méthode de l'entrefer.

Générateur d'ESD
Le générateur de test imite une décharge électrostatique conformément à la norme CEI / EN 61000-4-2. Pour les tests en laboratoire, fiez-vous à l'équipement sous test (EUT) et à la configuration de test. La norme CEI spécifie deux méthodes de test :

1. Décharge d'air Le générateur de test doit être déplacé vers l'EST de cette manière. La décharge haute tension est dans l'air. La tension de test peut être ajustée jusqu'à 30kV. Le temps de montée très court de chaque impulsion unique génère un large spectre RF et des interférences.
2. Décharge par contact L'EST est fixé à l'électrode de décharge avec une pointe acérée. Un relais à vide sert d'interrupteur de décharge.

FAQ
Qu'est-ce qu'un testeur ESD ?
Les tests de compatibilité électromagnétique sont appelés Test d'ESD (test CEM). Test d'ESD reproduit de nombreux effets électrostatiques que l'équipement peut rencontrer en transit ou en fonctionnement. Un test de décharge électrostatique examine si la zone et les procédures de protection ESD d'un produit sont respectées.

Qu'est-ce qu'une décharge électrostatique dans IC?
Un objet chargé touchant un circuit intégré, un circuit intégré chargé frappant une surface mise à la terre, une machine chargée touchant un circuit intégré ou un champ électrostatique créant une tension suffisamment forte pour rompre un diélectrique peuvent tous provoquer des décharges électrostatiques.

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Mots clés:ESD61000-2