61000 МЕК

Требования к квалификации ESD для систем в значительной степени основаны на моделях идеального разряда, таких как IEC 61000-4-2. Эмуляция разряда в системе «пистолетом IEC» (например, воспроизведенная в лаборатории) представляет собой «типичное» сопротивление разряду ручного металлического предмета, выполненного «типичным» человеком, который заряжен до различных уровней испытательного напряжения. Методы 3D-решателя поля и узлового моделирования (например, воспроизведенные в виртуализированной компьютерной модели) также могут применяться для ускорения сравнения различных конфигураций и условий испытаний.

HMM (металлическая модель человека) — это широко используемый термин для моделей систем и устройств, которые аппроксимируют человеческое тело металлическим предметом (например, пинцетом), обеспечивающим окончательный контакт (рис. 1) с полупроводниковым устройством, установленным на печатной плате. Являясь побочным продуктом «пушек» электростатического разряда (также ошибочно называемых «симуляторами»), разработанных для имитации событий такого типа, эти разряды создают значительные E- и H-поля в спектре RF/EMI, которые могут соединяться во всех близлежащих схемах. и не только устройства в модели узловой схемы. Кроме того, широкий диапазон калибровочных допусков в определении соответствия пистолета IEC оставляет место для резких различий в токах импульсов тока (рис. 2) и общей энергии, передаваемой в произвольную нагрузку или зажим (рис. 3). Это, конечно, может привести к столь же значительным различиям в измеренной надежности и повторяемости между пистолетами, между лабораториями в разных местах, между датами испытаний в одном и том же месте и между конфигурациями системы.

Рисунок 1. Представление модели «человек-металл» согласно IEC 61000-4-2/ISO10605.

Рисунок 2. Несколько имитационных моделей «эмуляторов» пистолетов IEC61000-4-2.

Рисунок 3. Общая энергия различных моделей пистолетов, передаваемая на сопротивление 2 Ом.

В полевых условиях вероятны и другие формы очень распространенных и разрушительных или разрушительных идеальных моделей разряда ЭСР, такие как события разряда кабеля (CDE) и события заряженной платы (CBE), которые могут быть гораздо более разрушительными для полупроводников при тех же напряжениях заряда (более высокий ток и более быстрое время нарастания) и могут быть более распространены в приложениях, отличных от HMM/IEC. Несмотря на то, что существует тесная корреляция между энергетическими отказами компонентов в генераторе импульсов линии передачи (TLP) и испытаниями IEC (см. Besse, Boselli и Smedes), существуют большие различия в условиях CDE и CBE, режимах и уровнях отказов.

Как дизайнер справляется с такой большой неопределенностью?!?

К счастью, на острове игрушек Misfit ESD есть плацдарм здравомыслия. Системно-эффективное проектирование ESD (SEED) или совместное проектирование SEED (см. Госснер и др.) использует узловое моделирование защитных устройств, взаимодействующих с устройствами, которые они призваны защищать в системе. Это создает виртуальную лабораторию характеризации, где можно, по крайней мере, количественно сравнить различные схемы защиты на предмет надежности при повторяющихся настройках. Также возможно посредством лабораторной проверки и валидации связать эти результаты с минимальным порогом устойчивости как по таблице IEC 61000-4-2, так и в полевых условиях.

Существующие ограничения для проектирования ESD

Анализ конструкции схемы защиты первого порядка часто основан на параметрах технических характеристик устройств подавления переходных напряжений (TVS), таких как рейтинги электростатического разряда (VESD, рейтинг устойчивости IEC61000-4-2 и т. д.) и напряжение ограничения (VCLAMP и т. д.). Однако эти параметры обычно проверяются при одном условии, которого они никогда не увидят в схеме: сами по себе!

Поскольку устройства TVS (здесь называемые тестируемыми устройствами, или DUT) всегда включаются в цепь для отвода энергии удара от защищаемого устройства (DUP), фактическое напряжение ограничения на TVS приводит к возникновению напряжения на защищаемом устройстве. устройство (VDUP) во время удара, которое отличается от того, что может быть обещано в техническом описании TVS. Ток, отводимый ИУ (ISHUNT), не составляет 100 %, а остаточный ток в защищаемом устройстве (IRESIDUAL) также не равен 0 % (см. рисунок 4).

Рисунок 4. Сканирование фактического тока восстановления цепи дифференциального тока после ограничения TVS (DUT) и защищаемой ASIC (DUP).