O que você precisa saber sobre modelos, proteção e testes ESD

Simulador de ESD
An Simulador de ESD, muitas vezes conhecido como arma ESD, é um dispositivo portátil que é utilizado para avaliar a resistência de dispositivos à descarga eletrostática (ESD). Esses simuladores são usados ​​em laboratórios especializados em compatibilidade eletromagnética (EMC). Os pulsos ESD são pulsos de alta tensão produzidos quando dois itens com cargas elétricas opostas entram em contato. Eles podem ser recriados em um ambiente de teste para garantir que o gadget em teste seja resistente a descargas de eletricidade estática.

Teste ESD
Teste ESD é exigido para a maioria dos fornecedores de componentes automotivos como parte do teste obrigatório de compatibilidade eletromagnética. É frequentemente benéfico automatizar esses testes para eliminar o fator humano. Teste ESD é exigido para a maioria dos fornecedores de componentes automotivos como parte do teste obrigatório de compatibilidade eletromagnética. É frequentemente benéfico automatizar esses testes para eliminar o fator humano.

Tipos de um testador ESD IC
Testadores de lógica, testadores de memória e testadores analógicos são os três tipos de testadores. Normalmente, o teste de IC é feito em duas etapas: teste de wafer (também conhecido como classificação de matriz ou teste de sonda) e teste de embalagem (também conhecido como teste final) após a embalagem. O teste de wafer emprega um apalpador e um cartão de teste, enquanto o teste de pacote emprega um manipulador, um soquete de teste e um testador.

ICs
Circuitos integrados lineares (ICs), como amplificadores operacionais, amplificadores de entrada e conversores de dados, são protegidos antes de serem colocados em uma placa de circuito impresso. Essa é uma condição fora do circuito. Nesse estado, os CIs ficam totalmente à mercê de seus arredores em termos de quaisquer picos de tensão estressantes que possam encontrar. A descarga eletrostática, ou ESD, como é mais conhecida, causa a maioria dos picos de tensão perigosos. Esta é uma transferência de carga eletrostática única, rápida e de alta corrente causada por um dos dois cenários.

Essas condições são
1. Transferência de contato direto entre dois objetos com diferentes potenciais (às vezes chamado de descarga de contato)
2. Quando dois itens estão próximos, eles geram um forte campo eletrostático (às vezes chamado de descarga de ar) As fontes primárias de eletricidade estática são em grande parte isolantes e geralmente são materiais sintéticos, como superfícies de trabalho de vinil ou plástico, sapatos isolados, cadeiras de madeira acabadas , fita adesiva, pacote de bolhas, ferros de solda com pontas não aterradas e assim por diante.

Como sua carga não é facilmente espalhada por suas superfícies ou transferida para outros objetos, os níveis de tensão criados por essas fontes podem ser extremamente altos. O efeito triboelétrico é a criação de eletricidade estática induzida pela fricção de duas substâncias.
• Andar em um Tapete 1000V – 1500V
• Andar em Piso Vinílico 150V – 250V
• Gerenciamento de Material Protegido por Tampas Plásticas Transparentes 400V – 600V
• Manuseio de Sacos de Polietileno 1000V – 2000V
• Espuma de Poliuretano Despejada em um recipiente 1200V – 1500V

Nota: O acima assume uma umidade relativa de 60%. As tensões podem ser mais de dez vezes maiores com baixa umidade relativa (30%).

As altas tensões e altas correntes de pico da ESD podem destruir circuitos integrados. Os circuitos analógicos de precisão, que frequentemente têm correntes de polarização muito baixas, são mais vulneráveis ​​a danos do que os circuitos digitais convencionais porque as arquiteturas tradicionais de proteção ESD aumentam o vazamento de entrada e, portanto, não podem ser empregadas.

A manifestação mais comum de dano ESD para o engenheiro de projeto ou técnico é uma falha catastrófica do CI. A exposição a ESD, por outro lado, pode causar maior vazamento ou deterioração de outros recursos. Se um dispositivo parecer não satisfazer um padrão de folha de dados durante o exame, os danos causados ​​por ESD devem ser avaliados. Descreve alguns elementos importantes sobre falhas induzidas por ESD.

Mecanismos de falha de ESD
• Danos dielétricos ou de junção
• Acúmulo de carga superficial
• Condutor de fusão ESD

Danos podem causar
• Aumento do vazamento
• Degradação no desempenho
• Falhas funcionais de CIs

O dano ESD é frequentemente cumulativo; por exemplo, cada “zap” de ESD pode causar mais danos na junção, eventualmente fazendo com que o dispositivo falhe.

Proteção ESD
Entendendo os danos causados ​​por ESD A embalagem de proteção é usada para todos os equipamentos sensíveis a ESD. Os CIs são normalmente embalados em espuma condutora ou tubos de transporte antiestáticos, que são posteriormente selados em um saco plástico dissipador de estática. O saco selado é rotulado com um código exclusivo que descreve as instruções de manuseio adequadas.

A presença de avisos de embalagem externa alerta o usuário de que são necessárias práticas de manuseio do dispositivo adequadas para proteção contra ESD. Além disso, as folhas de dados para CIs sensíveis a ESD geralmente incluem uma declaração proeminente para esse efeito. Todos os dispositivos sensíveis à estática são embalados individualmente em embalagens protetoras e rotulados com instruções de manuseio.

Cargas eletrostáticas tão altas quanto 4000 V podem se desenvolver facilmente no corpo humano e no equipamento de teste e descarregar sem ser detectada. Embora o ADXXX inclua circuitos de segurança ESD patenteados, os componentes eletrônicos sujeitos a descargas eletrostáticas de alta energia podem sofrer danos irreparáveis. Para evitar a deterioração do desempenho ou perda de funcionalidade, são recomendadas proteções ESD adequadas. A proteção é relativamente simples quando os dispositivos sensíveis a ESD são reconhecidos.

Manter os circuitos integrados em sua embalagem protetora original é obviamente um primeiro passo. A descarga de fontes ESD potencialmente perigosas antes que ocorram danos no IC é um segundo estágio. Tais tensões podem ser descarregadas de forma rápida e segura usando uma alta impedância. Uma bancada de trabalho com uma superfície dissipadora de estática é um componente crítico para o manuseio seguro de CIs ESD. Um resistor de 1 M conecta a superfície ao terra, dissipando qualquer carga estática enquanto protege o usuário dos perigos de choque elétrico por falha de aterramento. Se as bancadas não forem condutivas, um tapete dissipador de estática deve ser instalado além do resistor de descarga.

Lembre-se que se um IC carregado for descarregado através de uma baixa impedância, uma corrente de pico alta pode fluir. Isso é exatamente o que acontece quando um IC carregado entra em contato com uma placa coberta de cobre aterrada. Quando o mesmo circuito integrado carregado é colocado em uma superfície de alta impedância. A corrente de pico, no entanto, é insuficiente para destruir o equipamento.

Uma variedade de estratégias de manuseio da equipe é essencial para minimizar os danos relacionados à ESD. Ao manusear eletrônicos sensíveis a ESD na estação de trabalho, uma pulseira condutora é recomendada. A pulseira evita que operações típicas, como remover fita adesiva de pacotes, causem danos ao IC. Mais uma vez, é necessário um resistor de 1 M da pulseira ao terra para segurança. Ao montar placas de PC com ICs sensíveis a ESD, todos os componentes passivos devem ser colocados e soldados antes dos ICs. Isso reduz a exposição ESD dos eletrônicos sensíveis. Claro, o ferro de solda deve ter uma ponta aterrada.

A proteção ESD para circuitos integrados requer o envolvimento tanto do produtor do IC quanto do cliente. Os fabricantes de IC têm interesse em fornecer seus dispositivos com o melhor nível de proteção ESD possível. Projetistas de circuitos IC, engenheiros de processo, especialistas em embalagens e outros estão continuamente à procura de projetos de circuitos, processos e soluções de embalagem novos e aprimorados que possam suportar ou desviar energia ESD.

Uma estratégia abrangente de proteção ESD, por outro lado, requer mais do que apenas incorporar a proteção ESD nos CIs. Os usuários de circuitos integrados também devem fornecer a sua equipe o conhecimento e o treinamento apropriados em técnicas de manuseio de ESD, para que a proteção possa ser incorporada em todas as etapas críticas ao longo do processo. Delineado como segue.

Dispositivos analógicos
• Projeto e Fabricação de Circuitos
• Crie produtos com o mais alto nível de proteção ESD, mantendo o desempenho analógico e digital essencial.
• Embalar e enviar
• O material dissipador de estática deve ser embalado. Os pacotes devem ser rotulados com um aviso ESD.

Clientes
• Inspeção de recebimento
• Inspecione na estação de trabalho aterrada. Minimize o manuseio.
• Controle de inventário
• Armazene na embalagem original à prova de ESD. Minimize o manuseio.
• Fabricação
• Entregue na área de trabalho na embalagem original à prova de ESD. Abra os pacotes apenas na estação de trabalho aterrada. Subconjuntos de pacotes em embalagens dissipativas de estática.
• Embalar e enviar
• Embale em material dissipador de estática, se necessário. Placas de substituição ou opcionais podem exigir atenção especial.

A proteção ESD requer uma parceria entre a ADI e o usuário final, incluindo controle em pontos-chave. Ao fazer o breadboard e avaliar os ICs, deve-se ter extremo cuidado. Como as consequências dos danos causados ​​por ESD podem ser cumulativas, o mau uso persistente de um dispositivo pode levar a falhas. A inserção e remoção de ICs de soquetes de teste, armazenamento de dispositivos para avaliação e adição e remoção de componentes externos da placa de ensaio devem ser feitos com as proteções ESD corretas em mente. Se um dispositivo falhar durante o desenvolvimento de um sistema protótipo, o estresse ESD repetitivo pode ser a causa.

A palavra-chave a ser lembrada com relação à ESD é prevenção. O dano ESD não pode ser desfeito, nem seus efeitos podem ser compensados.

Modelos e testes de ESD IC
Alguns aplicativos são mais suscetíveis a ESD do que outros. CIs situados em uma placa de PC cercada por outros circuitos são muito menos sensíveis a danos ESD do que os circuitos que precisam fazer interface com outras placas de PC ou com o mundo exterior. Esses CIs normalmente não são especificados ou garantidos para atender a nenhum critério específico de ESD (exceto para dispositivos classificados). Os ICs da porta de interface RS-232 em um computador são um bom exemplo de interface sensível a ESD, pois são facilmente expostos a altas tensões.

As técnicas e restrições de teste devem ser estabelecidas para garantir o desempenho de ESD para tais dispositivos. Para avaliar a vulnerabilidade dos dispositivos à ESD, uma infinidade de formas de onda de teste e requisitos foram estabelecidos. O Modelo de Corpo Humano (HBM), o Modelo de Máquina (MM) e o Modelo de Dispositivo Carregado são as três formas de onda mais proeminentes atualmente em uso para dispositivos semicondutores ou discretos (CDM).

Como cada um desses modelos descreve um evento ESD fundamentalmente diferente, há pouca consistência entre os resultados do teste para esses modelos. Desde 1996, todos os equipamentos eletrônicos entregues para ou dentro da Comunidade Européia são obrigados a cumprir as normas de Compatibilidade Eletromecânica (EMC) indicadas no regulamento IEC1000-4-x.

Deve-se notar que isso não se aplica a ICs individuais, mas sim a todo o produto. Esses padrões, assim como as técnicas de teste, são definidos nas diferentes especificações IEC1000. A IEC1000-4-2 exige que o teste de conformidade seja realizado usando um dos dois métodos de acoplamento: descarga de contato ou descarga de entreferro. É necessária uma conexão direta com a unidade que está sendo testada para descarga de contato.

A descarga de entreferro emprega uma tensão de teste maior, mas evita o contato direto com a unidade que está sendo testada. A pistola de descarga é avançada em direção ao equipamento que está sendo testado, criando um arco através do entreferro, daí a expressão descarga de ar. A umidade, temperatura, pressão barométrica, distância e taxa de fechamento da pistola de descarga têm impacto neste procedimento. Embora menos realista, o método de descarga por contato é mais repetível e está ganhando preferência sobre o método de entreferro.

Gerador ESD
O gerador de teste imita a descarga eletrostática de acordo com IEC / EN 61000-4-2. Para testes de laboratório, confie no Equipment Under Test (EUT) e na configuração do teste. A norma IEC especifica dois métodos de teste:

1. Descarga de ar, o gerador de teste deve ser realocado para o ESE dessa maneira. A descarga de alta tensão está no ar. A tensão de teste pode ser ajustada até 30kV. O tempo de subida muito curto de cada pulso gera um grande espectro de RF e interferência.
2. Descarga por contato O ESE é fixado ao eletrodo de descarga com uma ponta afiada. Um relé de vácuo serve como interruptor de descarga.

Perguntas Frequentes:
O que é um testador ESD?
O teste de compatibilidade eletromagnética é conhecido como Teste ESD (teste CEM). Teste ESD replica vários efeitos eletrostáticos que o equipamento pode encontrar em trânsito ou em operação. Um teste de descarga eletrostática examina se a área de proteção ESD de um produto e os procedimentos são seguidos.

O que é descarga eletrostática em IC?
Um objeto carregado tocando um IC, um IC carregado atingindo uma superfície aterrada, uma máquina carregada tocando um IC ou um campo eletrostático criando uma tensão forte o suficiente para romper um dielétrico podem causar ESD.

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