IL 61000

I requisiti di qualificazione ESD per i sistemi si basano fortemente su modelli di scarica ideali come IEC 61000-4-2. L'emulazione "IEC Gun" (ad esempio riprodotta in laboratorio) della scarica in un sistema rappresenta una resistenza di scarica "tipica" di un oggetto metallico tenuto in mano da un essere umano "tipico" che viene caricato a vari livelli di tensione di prova. È inoltre possibile applicare metodi di risoluzione del campo 3D e simulazione nodale (ad esempio, riprodotti in un modello computerizzato virtualizzato) per accelerare il confronto di diverse configurazioni e condizioni di test.

HMM (modello umano in metallo) è un termine ampiamente utilizzato per modelli di sistemi e dispositivi che si avvicinano a un corpo umano con un oggetto metallico (come una pinzetta) che stabilisce il contatto finale (Figura 1) con un dispositivo a semiconduttore installato su un circuito. Come sottoprodotto delle "pistole" ESD (chiamate anche "simulatori" in modo confuso) sviluppate per imitare questo tipo di eventi, queste scariche creano campi E e H sostanziali nello spettro RF/EMI che possono accoppiarsi in tutti i circuiti vicini e non solo i dispositivi nel modello del circuito nodale. Inoltre, l'ampia gamma di tolleranze di calibrazione nella definizione IEC per la conformità delle armi lascia spazio a variazioni drammatiche nelle correnti degli impulsi di corrente (Figura 2) e nell'energia totale erogata in un carico o morsetto arbitrario (Figura 3). Ciò ovviamente può creare variazioni altrettanto drammatiche nella robustezza e nella ripetibilità misurate tra pistole, tra laboratori in luoghi diversi, tra date di test nello stesso luogo e tra configurazioni di sistema.

Figura 1: Rappresentazione del modello metallico umano IEC 61000-4-2/ISO10605

Figura 2: Diversi modelli di simulazione di “emulatori” di pistole IEC61000-4-2

Figura 3: Energia totale erogata in diversi modelli di pistola su 2 ohm

Altre forme di modelli di scarica ESD ideali molto comuni e distruttivi o distruttivi sono probabili sul campo, come gli eventi di scarica del cavo (CDE) e gli eventi della scheda caricata (CBE) che possono essere molto più distruttivi per i semiconduttori alle stesse tensioni di carica (corrente più elevata e tempo di salita più rapido) e può essere più diffuso in un'applicazione diversa da HMM/IEC. Sebbene esistano strette correlazioni tra guasti legati all'energia dei componenti negli impulsi della linea di trasmissione (TLP) e test IEC (vedere Besse, Boselli e Smedes), esistono ampie differenze nelle condizioni, modalità e livelli di guasto CDE e CBE.

Come fa un designer a gestire così tanta incertezza?!?

Fortunatamente, c'è una testa di ponte di sanità mentale scolpita su quest'isola di Misfit ESD Toys. La progettazione ESD efficiente per il sistema (SEED) o co-progettazione SEED (vedi Gossner, et al.) utilizza la simulazione nodale dei dispositivi di protezione che interagiscono con i dispositivi che sono destinati a proteggere in un sistema. Ciò fornisce un laboratorio di caratterizzazione virtuale in cui vari schemi di protezione possono essere confrontati almeno in modo quantificabile per quanto riguarda la robustezza in impostazioni ripetibili. È inoltre possibile, attraverso verifica e validazione di laboratorio, associare a questi risultati una soglia minima di robustezza sia sulla tabella IEC 61000-4-2, sia anche sul campo.

Limitazioni esistenti per la progettazione ESD

L'analisi della progettazione del circuito di protezione del primo ordine si basa spesso sui parametri della scheda tecnica dei dispositivi soppressori di tensione transitoria (TVS), come le classificazioni ESD (VESD, valutazione di robustezza IEC61000-4-2, ecc.) e la tensione di bloccaggio (VCLAMP ecc.). Tuttavia, questi parametri vengono solitamente testati nell'unica condizione che non vedranno mai in un circuito: da soli!

Poiché i dispositivi TVS (qui chiamati dispositivi sotto test, o DUT) sono sempre inclusi in un circuito per deviare l'energia d'impatto lontano da un dispositivo sotto protezione (DUP), la tensione di bloccaggio effettiva sul TVS porta ad una tensione sul dispositivo protetto. dispositivo (VDUP) durante uno sciopero che non corrisponde a quanto potrebbe essere promesso nella scheda tecnica TVS. La corrente deviata dal DUT (ISHUNT) non è al 100% e anche la corrente residua nel dispositivo protetto (IRESIDUAL) non è allo 0% (vedere Figura 4).

Figura 4: Scansione di ricostruzione della corrente effettiva del percorso della corrente residua dopo la pinza TVS (DUT) e l'ASIC da proteggere (DUP)