Validarea descărcărilor electrostatice a devenit acum o etapă obligatorie pentru majoritatea produselor electronice, ansamblurilor industriale, aparatelor inteligente, modulelor de alimentare cu baterii, precum și dispozitivelor care necesită siguranță. În lumea reală, cazurile neprevăzute de descărcare statică pot sparge porțile semiconductorilor, distruge logica de control a microprocesoarelor, corupe valorile senzorilor sau pot provoca resetări intermitente ale plăcilor electronice. Astfel de defecțiuni sunt recreate de ingineri în condiții controlate cu ajutorul... Pistol simulator ESD replicând formele și nivelurile de energie ale descărcărilor definite de IEC. Cu toate acestea, acuratețea testelor este semnificativ legată de funcționarea corectă a simulatorului și de alți factori. Simulatorul poate da rezultate greșite atunci când depășește specificațiile, iar acțiunile întreprinse sunt făcute pentru a corecta părțile greșite ale produsului.
Dificultatea constă în faptul că o evaluare ESD nu reprezintă un singur eveniment de descărcare de energie, ci forma sa de undă, timpul de creștere, polaritatea, mecanismul de descărcare, manipularea de către operator și integritatea împământării afectează rezultatul. Abaterile minore duc la defecțiuni inconsistente. Prin urmare, este important să cunoaștem erorile tipice ale pistoalelor ESD și să le abordăm în mod adecvat.

Figura: Pistol simulator ESD

Formă de undă instabilă de descărcare în timpul ciclurilor de repetiție

O altă problemă gravă în orice proces de simulare este lipsa de consecvență în stabilitatea formei de undă. Forma de undă conform standardului IEC trebuie determinată cu precizie sub formă de timp de creștere și valoare de vârf. Uzura internă a condensatorului, reducerea circuitelor de încărcare sau contaminarea electrozilor provoacă o deviație a formei de undă. Când se întâmplă acest lucru, curentul de vârf fie crește peste nivelul specificat, fie scade considerabil, devenind artificial prea sensibil sau ascunzând în mod inadecvat sensibilitatea dispozitivului.
În cazul apariției unor modele instabile, inginerii presupun mai întâi că produsul va avea caracteristici de imunitate intermitentă. De fapt, ar putea exista defecțiuni ale simulatorului în a recrea aceleași descărcări. Remedierea implică verificarea formelor de undă prin calibrarea șuntului de curent și a osciloscopului. În cazul unei abateri care depășește valorile de toleranță, se schimbă blocul condensatorului intern sau placa de control al încărcării din pistol. Diagnosticarea încorporată în versiunile mai sofisticate ale unei mașini de testare ESD oferă, de asemenea, posibilitatea de a înregistra direct formele de undă.

Erori de comutare a polarității și sincronizare inexactă a operatorului

Testarea ESD trebuie efectuată cu polaritate de comutare, deoarece polaritatea negativă are un efect diferit asupra descompunerii joncțiunilor din semiconductori față de polaritatea pozitivă. O altă problemă care pare a fi predominantă este defectarea indicatorilor de polaritate cauzată de releele de comutare interne uzate. Operatorii ar putea avea impresia că aplică polaritate alternativă, când, în realitate, există descărcări repetate care utilizează aceeași polaritate.
Există o sincronizare greșită a operatorului, ceea ce duce la o inconsecvență suplimentară. Când utilizatorul eliberează prea rapid trăgaciul, ciclul intern de încărcare poate fi incomplet, rezultând tensiuni slabe.

Cale de întoarcere la sol inconsistentă

Cel mai important rol în evaluarea ESD îl joacă împământarea. Neasigurarea faptului că carcasa simulatorului se află pe o cale de legătură cu inductanță redusă cu planul de împământare provoacă reflexii ale energiei de descărcare, care apar ca vârfuri chiar mai mari sau mai mici decât cele indicate. Utilizatorul poate atinge dispozitivul testat sau poate fi prea aproape de punctul de descărcare și poate schimba căile de cuplare fără voie.
Corecția implică verificarea rezistenței de continuitate a împământării dintre șasiu și referința de masă a simulatorului. Poziția benzilor de împământare este foarte importantă - benzile nu ar trebui să circule în jurul meselor sau structurilor metalice, ci ar trebui să fie drepte, fără a face cercuri. Majoritatea laboratoarelor efectuează verificări tradiționale cu multimetru; curenții de înaltă frecvență necesită verificare centrată pe impedanță, adică inductanța ar trebui menținută la minimum.

Deteriorarea componentelor de ecranare

La tensiuni ridicate de descărcare în aer, elementele interne de comutare sunt solicitate. Alte simulatoare sunt proiectate pentru tensiuni peste 25-30 kV, ceea ce le expune la conturări interne și eroziune la nivelul releului. Contactele de comutare se uzează și, în cele din urmă, își pierd capacitatea de a menține un potențial constant. Acest tip de deteriorare nu provoacă neapărat o defecțiune instantanee, ci se manifestă doar prin defecțiuni intermitente la tensiuni ridicate.
Jurnalele de service devin utile. Proiectele mașinilor de testare ESD de înaltă performanță conțin contoare de cicluri care numără numărul de descărcări pentru a permite înlocuirea hardware-ului conform unor standarde de întreținere prestabilite.

Tabel: Modele comune de defecțiuni și acțiuni corective

Influența mediului și climatizarea încăperii

Descărcarea ESD nu depinde exclusiv de instrument, umiditatea și concentrația aerului au, de asemenea, un impact semnificativ asupra eficienței eclatorului. La o umiditate mai scăzută, există o tensiune de străpungere mai mică, iar arcul va începe mai repede. Când umiditatea scade sub 60%, produsele ar putea să nu treacă testul la o umiditate scăzută, sub 30%. Laboratoarele sugerează în mod eronat instabilitatea dispozitivului testat (DUT), când, de fapt, cauza principală este abaterea mediului înconjurător.
Testele repetate sunt mai eficiente în menținerea stabilității mediului. Înregistrările temperaturii și umidității sunt încă incluse în registrul de evaluare în mai multe laboratoare profesionale. Cele mai sofisticate au un filtru de suprimare a plasmei care stabilizează descărcarea chiar și în condiții de umiditate scăzută.

Deteriorarea circuitului de încărcare

Într-un simulator ESD, curentul de încărcare se alternează în acumularea și eliberarea rapidă a energiei. Pierderea rezultată din deteriorarea peliculei condensatorului afectează timpul de menținere a încărcării. Când retenția sarcinii scade prea devreme, descărcarea de vârf devine scăzută. Echipele de service nu schimbă condensatoarele individual, ci schimbă modulele de încărcare întregi, deoarece toleranțele de capacitate sunt setate pentru a repeta exact formele de undă.
Deteriorarea circuitului de încărcare afectează, de asemenea, precizia inversării polarității. Instrumentele de testare moderne utilizează un echilibru al sarcinilor controlat de software, ceea ce asigură o simetrie atât în ​​descărcarea directă, cât și în cea inversă. Hardware-ul devine treptat mai puțin simetric.

Descărcare dublă neintenționată

În cazul unei descărcări duble, sarcina reziduală rămâne în vârful pistolului și este descărcată mai devreme decât evenimentul de descărcare dorit. Acest lucru îi înșeală pe ingineri că există o slăbiciune a produsului. Cauza principală este de obicei cauzată de contaminarea izolației vârfului, deteriorarea căii de descărcare sau prezența apei pe suprafețele electrozilor.
Declanșarea dublă neintenționată poate fi eliminată prin curățarea vârfului electrodului, uscarea carcasei exterioare sau prin înlocuirea ansamblului capului. În situații mai grave, poate exista o acumulare electrostatică în mecanismul de cuplare. Pentru a menține o placă de descărcare, producătorii sugerează îndepărtarea sarcinii reziduale cu ajutorul plăcuțelor de descărcare și apoi repetarea ciclului.

Variații de manipulare a operatorului

Există o problemă care a fost trecută cu vederea, și anume modul în care operatorii țin instrumentul. În cazul în care utilizatorul își pune mâna pe metal împământat sau se apleacă spre dispozitivul testat, cuplajul se schimbă semnificativ. Necesită un contact perpendicular și stabil cu descărcarea. Majoritatea defecțiunilor atribuite slăbiciunii dispozitivelor sunt erori ale unghiului operatorului.
Geometria mișcării nu este o cerință automată pentru o mașină de testare ESD. Aceasta din urmă necesită instruire procedurală, indicii de poziționare fixe și o distanță standard de descărcare pentru a fi utilizate în evaluarea evaluărilor bazate pe aer. Există laboratoare care au poziționare automatizată cu dispozitive robotizate, eliminând astfel într-o mare măsură variabilitatea operatorului. LISUN oferă cele mai bune pistoale simulatoare ESD.

Supraexpunere din cauza spațierii incorecte a ciclului

O descărcare provoacă o creștere tranzitorie a temperaturii componentei DUT. Atunci când se repetă foarte rapid, încălzirea cumulativă provoacă o defecțiune, ceea ce nu este o caracteristică a lumii reale. Intervalul bine distanțat dintre descărcările consecutive este utilizat pentru a preveni apariția falsă a defecțiunilor.
Pistolul simulator ESD include un temporizator intern de răcire, dar este necesară o răcire externă a suprafeței dispozitivului testat. Carcasa din materiale plastice sensibile are o reținere mai lungă a căldurii, ceea ce schimbă durata de viață a arcurilor următoare.

Concluzie

An Pistol simulator ESD este de departe cea mai bună reproducere a unei defecțiuni electrostatice din lumea reală. Stabilitatea măsurării este însă determinată de stabilitatea formelor de undă, performanța electrodului, integritatea căii de împământare, continuitatea mediului, forma descărcării și efectele operatorului. Inferențele eronate nu sunt neapărat cauzate de produse defecte, ci de echipamente deteriorate.
Bazându-se pe dispozitivul de testare ESD potrivit, confirmarea formelor de undă, a sistemului de comutare, a factorilor de mediu controlați și a plasării documentate a descărcărilor, se poate oferi o evaluare corectă. Aceste sisteme vor expune punctele slabe reale de proiectare atunci când sunt întreținute și calibrate corespunzător, în loc să fie nefiresc de bizare, iar acest lucru îmbunătățește atât siguranța, cât și performanța pe termen lung a produsului.