Técnicas de prueba de pistolas ESD para evaluar componentes electrónicos

Introducción
La descarga electrostática (ESD) es una gran amenaza para la electrónica, ya que puede causar fallas en el funcionamiento, menor confiabilidad y mayores costos de garantía. Los componentes electrónicos deben someterse a pruebas rigurosas con un instrumento especializado como pistola ESD para garantizar su resiliencia frente a incidentes ESD.

En este artículo se analizan varios métodos para medir la resistencia de los componentes electrónicos a ESD y su rendimiento general. La comprensión de estos métodos permite a los ingenieros crear Protección ESD soluciones y elegir componentes que se ajusten a las normativas.

Descripción general de las pruebas de pistola ESD:
Probar un cañón de descarga electrostática implica colocar componentes electrónicos en eventos ESD simulados mientras el entorno se monitorea y regula cuidadosamente. El propósito de estas pruebas es establecer qué tan bien los componentes pueden hacer frente al estrés ESD mientras siguen funcionando según lo previsto a pesar de las condiciones de prueba. IEC 61000-4-2 y ANSI/ESD S20.20 son dos ejemplos de estándares industriales que a menudo se siguen durante las pruebas para garantizar resultados consistentes y confiables. IEC 61000-4-2 También es un ejemplo de una norma desarrollada por la Comisión Electrotécnica Internacional.

Prueba de modelo de cuerpo humano (HBM):
Al realizar experimentos sobre descargas electrostáticas (ESD), se utiliza el enfoque del modelo de cuerpo humano (HBM) para simular el contacto humano. La descarga del cañón ESD pasa a través de una resistencia con un valor preestablecido y luego al dispositivo bajo prueba. Los ingenieros emplean criterios que tienen en cuenta tanto la forma de onda de descarga como los niveles de energía para evaluar si un componente es capaz o no de soportar los efectos de la tensión ESD. La sensibilidad a la descarga electrostática (ESD) de un componente se evalúa mediante la prueba de manejo, ensamblaje y uso (HBM). Esta prueba mide la facilidad con la que se puede dañar el componente.

Prueba de modelo de máquina (MM):
Las ocurrencias de descargas electrostáticas (ESD) que ocurren durante los procesos de fabricación, como el ensamblaje automatizado o las pruebas, son el enfoque principal de las pruebas de modelos de máquinas (MM). A diferencia de las pruebas de HBM, este método utiliza una pistola ESD con una resistencia más baja y un tiempo de descarga más rápido. Las pruebas de MM evalúan la durabilidad del componente mediante la simulación de eventos de descarga rápida que pueden ocurrir debido a equipos cargados o procedimientos automatizados.

Prueba de modelo de dispositivo cargado (CDM):
Los eventos de descarga electrostática (ESD) que pueden ocurrir cuando un componente cargado hace contacto con un elemento conectado a tierra se simulan mediante el método de prueba del modelo de dispositivo cargado (CDM). A diferencia del uso de una resistencia externa en las pruebas HBM y MM, el pistola ESD se descarga directamente en los pines o cables del componente durante la prueba CDM. Cuando los componentes pueden entrar en contacto con superficies conductoras durante la producción, el envío o la manipulación, este enfoque evalúa qué tan vulnerables son a los incidentes de ESD.

Niveles de prueba y formas de onda:
Debido al hecho de que un pistola ESD se basa en un conjunto estándar de niveles de prueba y formas de onda, los resultados de diferentes pruebas de pistolas ESD se pueden comparar de manera confiable entre sí. Las cantidades máximas de energía y voltaje que se pueden aplicar al componente que se está probando se enumeran a continuación. Solo se pueden utilizar estos valores. Las formas de onda de prueba, que definen la forma y la duración del pulso de ESD, representan los muchos eventos de ESD que pueden tener lugar. Si un componente se ajusta a niveles y formas de onda particulares, entonces es posible alcanzar el grado requerido de inmunidad ESD.

Pruebas previas al cumplimiento:
Las pruebas de cumplimiento previo, que sirven como requisito previo para las pruebas de cumplimiento más estrictas, brindan a los ingenieros la capacidad de evaluar el rendimiento de los componentes e identificar posibles áreas problemáticas. Requiere someter los componentes a una batería de pruebas ESD, algunas de las cuales son más estrictas que los estándares establecidos por la industria. Las pruebas previas al cumplimiento brindan la oportunidad de evaluar la efectividad de las medidas de protección contra ESD utilizadas en el diseño del componente. Esto abre la puerta para que se realicen mejoras iterativas con el fin de aumentar la inmunidad a ESD.

Pruebas de conformidad:
El objetivo de las pruebas de cumplimiento de ESD es garantizar que el componente probado mantenga los niveles de inmunidad ESD requeridos según lo definido por los estándares aplicables. Con el fin de garantizar la fiabilidad y la objetividad, estas pruebas a menudo se llevan a cabo en laboratorios o instalaciones de prueba acreditados. Los fabricantes de componentes pueden demostrar el cumplimiento de ESD y diferenciar sus productos de la competencia utilizando los datos recopilados a través de las pruebas de cumplimiento.

Configuraciones y equipos de prueba:
Se requiere la utilización de conjuntos y equipos de prueba apropiados para que los resultados de la prueba de una pistola ESD sean precisos y repetibles. Los bancos de trabajo, los accesorios de prueba y los sistemas de puesta a tierra que son resistentes a las descargas electrostáticas (ESD) a menudo se ven en entornos de prueba controlados. El cañón ESD es un componente esencial del procedimiento de evaluación y debe someterse a una calibración periódica para proporcionar resultados fiables y precisos. Los osciloscopios y las sondas de tensión son dos ejemplos de los instrumentos de medición especializados que se utilizan en el proceso de análisis de las formas de onda ESD, así como la respuesta del componente a las formas de onda ESD.

Desafíos y mitigación de las pruebas de ESD:
Los ingenieros deben superar una serie de obstáculos para obtener resultados fiables de las pruebas de ESD. Los problemas que enfrentan muchas personas incluyen:

1. Variabilidad de la pistola ESD: la forma de onda de descarga, el tiempo de subida y los niveles de voltaje de descarga de las pistolas ESD pueden variar según el fabricante o el tipo. La consistencia y la reproducibilidad de los resultados de las pruebas dependen de la calidad y la precisión de la pistola ESD.
2. Conexión a tierra e interferencia de ruido: para reducir el impacto de los factores ambientales en las pruebas de descarga electrostática (ESD), son esenciales una conexión a tierra y un control de ruido adecuados. El uso de conexiones de baja impedancia y puntos de puesta a tierra especializados son ejemplos de enfoques de puesta a tierra efectivos que reducen la interferencia y garantizan lecturas precisas.
3. Sensibilidad de los componentes: el efecto que tiene una ESD en varios componentes eléctricos varía. La selección de niveles de prueba y formas de onda adecuados para una evaluación precisa requiere una cuidadosa consideración de las especificaciones de la hoja de datos del componente, las clasificaciones de ESD y los requisitos de la aplicación.
4. Consideraciones sobre el dispositivo de prueba: la capacitancia e inductancia parásitas introducidas por el dispositivo de prueba utilizado para conectar el pistola ESD al componente podría sesgar los hallazgos. Minimizar estos impactos y proporcionar condiciones de prueba estables requiere un diseño cuidadoso y la optimización del dispositivo de prueba.

Prácticas recomendadas para las pruebas de ESD:
Las mejores prácticas para las pruebas de descarga electrostática (ESD) que los ingenieros deben seguir:

Cumplimiento de estándares: Se pueden lograr resultados de pruebas consistentes y precisos siguiendo los estándares industriales establecidos, como IEC 61000-4-2 y ANSI/ESD S20.20.

Desarrollo del plan de prueba: Cree un plan de prueba detallado que incluya los niveles de prueba, las formas de onda y los métodos de medición previstos para las pruebas de ESD. LISUN ofrece las mejores pistolas ESD.

Configuración de prueba repetible: cree un entorno de prueba estable conectando a tierra, aislando y controlando el ruido para garantizar resultados confiables.

Calibración y verificación: la precisión y consistencia de los resultados de las pruebas se basan en la calibración y verificación regulares de la pistola ESD y el equipo de medición.

Documentación e informes: anote las pruebas realizadas, los resultados y cualquier inquietud u observación realizada. Este registro es útil para verificar el cumplimiento y resolver problemas.

Conclusión:
Métodos que utilizan un pistola ESD son cruciales para medir la resistencia ESD y la funcionalidad de los componentes electrónicos. Los ingenieros pueden determinar si un componente es resistente, dónde se encuentran las debilidades y qué tipo de protección ESD necesita al exponerlo a eventos ESD controlados. Se pueden probar y evaluar varias situaciones de ESD del mundo real con el uso de métodos de prueba HBM, MM y CDM.

Para garantizar la conformidad con las normas y reglamentos, se realizan pruebas de precumplimiento y cumplimiento. Los ingenieros pueden mejorar la calidad del producto, la confiabilidad y la satisfacción del cliente en la industria de componentes electrónicos al adherirse a las mejores prácticas y abordar los obstáculos de prueba para producir resultados de prueba de ESD precisos y confiables.

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