Lo que necesita saber sobre los modelos ESD, la protección y las pruebas

Simulador de ESD
An Simulador de ESD, a menudo conocido como pistola ESD, es un dispositivo portátil que se utiliza para evaluar la resistencia de dispositivos a descarga electrostática (ESD). Estos simuladores se utilizan en laboratorios especializados en compatibilidad electromagnética (EMC). Los pulsos ESD son pulsos de alto voltaje que se producen cuando dos elementos con cargas eléctricas opuestas entran en contacto. Se pueden recrear en un entorno de prueba para garantizar que el dispositivo bajo prueba sea resistente a las descargas de electricidad estática.

prueba ESD
prueba ESD se requiere para la mayoría de los proveedores de componentes automotrices como parte de la prueba obligatoria de compatibilidad electromagnética. Con frecuencia es beneficioso automatizar estas pruebas para eliminar el factor humano. prueba ESD se requiere para la mayoría de los proveedores de componentes automotrices como parte de la prueba obligatoria de compatibilidad electromagnética. Con frecuencia es beneficioso automatizar estas pruebas para eliminar el factor humano.

Tipos de un probador ESD IC
Los probadores lógicos, los probadores de memoria y los probadores analógicos son los tres tipos de probadores. Normalmente, la prueba de IC se realiza en dos etapas: prueba de obleas (también conocida como clasificación de matriz o prueba de sonda) y prueba de paquete (también conocida como prueba final) después del empaque. La prueba de obleas emplea un probador y una tarjeta de sonda, mientras que la prueba de paquetes emplea un controlador, un zócalo de prueba y un probador.

ICs
Los circuitos integrados (IC) lineales, como amplificadores operacionales, amplificadores de entrada y convertidores de datos, están protegidos antes de colocarlos en una placa de circuito impreso. Esa es una condición fuera de circuito. En tal estado, los circuitos integrados están totalmente a merced de su entorno en términos de sobretensiones estresantes que puedan encontrar. La descarga electrostática, o ESD, como se le conoce con más frecuencia, causa la mayoría de las peligrosas sobretensiones. Esta es una transferencia de carga electrostática única, rápida y de alta corriente causada por uno de dos escenarios.

Estas condiciones son
1. Transferencia de contacto directo entre dos objetos con diferentes potenciales (a veces llamado descarga de contacto)
2. Cuando dos elementos están en proximidad, generan un fuerte campo electrostático (a veces llamado descarga de aire) Las principales fuentes de electricidad estática son en gran parte aislantes y a menudo son materiales sintéticos, como superficies de trabajo de vinilo o plástico, zapatos con aislamiento, sillas de madera acabada , cinta adhesiva, paquete de burbujas, soldadores con puntas sin conexión a tierra, etc.

Debido a que su carga no se distribuye fácilmente sobre sus superficies ni se transfiere a otros objetos, los niveles de voltaje creados por estas fuentes pueden ser extremadamente altos. El efecto triboeléctrico es la creación de electricidad estática inducida por el roce de dos sustancias.
• Caminar sobre una alfombra 1000V – 1500V
• Caminar sobre un piso de vinilo 150V – 250V
• Manejo de Material Protegido por Cubiertas de Plástico Transparente 400V – 600V
• Manejo de Bolsas de Polietileno 1000V – 2000V
• Espuma de Poliuretano Vertida en un recipiente 1200V – 1500V

Nota: Lo anterior supone una humedad relativa del 60%. Los voltajes pueden ser más de diez veces más altos con baja HR (30%).

Los altos voltajes y picos de corriente elevados de ESD pueden destruir los circuitos integrados. Los circuitos analógicos de precisión, que suelen tener corrientes de polarización muy bajas, son más vulnerables a los daños que los circuitos digitales convencionales porque las arquitecturas de protección ESD tradicionales aumentan las fugas de entrada y, por lo tanto, no se pueden emplear.

La manifestación más común de daño por ESD para el ingeniero o técnico de diseño es una falla catastrófica del IC. La exposición a ESD, por otro lado, podría provocar un aumento de las fugas o el deterioro de otras funciones. Si un dispositivo no parece satisfacer un estándar de hoja de datos durante el examen, se debe evaluar el daño por ESD. Describe algunos elementos importantes acerca de las fallas inducidas por ESD.

Mecanismos de falla de ESD
• Daño dieléctrico o de unión
• Acumulación de carga superficial
• Fusión de conductores ESD

El daño puede causar
• Aumento de fugas
• Degradación en el rendimiento
• Fallas funcionales de circuitos integrados

El daño por ESD a menudo es acumulativo; por ejemplo, cada “zap” de ESD puede causar más daño en la unión, lo que eventualmente puede causar que el dispositivo falle.

Protección ESD
Comprensión de los daños por ESD El embalaje protector se utiliza para todos los equipos sensibles a ESD. Los circuitos integrados generalmente se empaquetan en espuma conductora o tubos de envío antiestáticos, que luego se sellan en una bolsa de plástico disipadora de estática. La bolsa sellada está etiquetada con un código único que describe las instrucciones de manipulación adecuadas.

La presencia de avisos en el embalaje exterior alerta al usuario de que se requieren prácticas de manipulación del dispositivo adecuadas para la protección ESD. Además, las hojas de datos de los circuitos integrados sensibles a ESD suelen incluir una declaración destacada a tal efecto. Todos los dispositivos sensibles a la estática están empaquetados individualmente en un embalaje protector y etiquetados con instrucciones de manejo.

Las cargas electrostáticas de hasta 4000 V pueden desarrollarse fácilmente en el cuerpo humano y en el equipo de prueba y descargarse sin ser detectadas. Aunque el ADXXX incluye circuitos de seguridad ESD patentados, los componentes electrónicos sujetos a descargas electrostáticas de alta energía pueden sufrir daños irreparables. Para evitar el deterioro del rendimiento o la pérdida de funcionalidad, se recomiendan protecciones ESD adecuadas. La protección es relativamente simple una vez que se reconocen los dispositivos sensibles a ESD.

Obviamente, mantener los circuitos integrados en su embalaje protector original es un primer paso. La descarga de fuentes ESD potencialmente peligrosas antes de que se produzcan daños en el circuito integrado es una segunda etapa. Dichos voltajes se pueden descargar de forma rápida y segura utilizando una alta impedancia. Un banco de trabajo con una superficie disipadora de estática es un componente crítico para el manejo de IC seguro contra ESD. Una resistencia de 1 M conecta la superficie a tierra, disipando cualquier carga estática mientras protege al usuario de los peligros de descarga eléctrica por falla a tierra. Si las mesas de trabajo no son conductoras, se debe instalar un tapete disipador de estática además de la resistencia de descarga.

Recuerde que si un circuito integrado cargado se descarga a través de una impedancia baja, puede fluir una corriente máxima alta. Esto es exactamente lo que sucede cuando un circuito integrado cargado entra en contacto con una placa cubierta de cobre conectada a tierra. Cuando el mismo circuito integrado cargado se coloca en una superficie de alta impedancia. Sin embargo, la corriente máxima es insuficiente para destruir el equipo.

Una variedad de estrategias de manejo del personal son esenciales para minimizar el daño relacionado con ESD. Cuando manipule dispositivos electrónicos sensibles a ESD en la estación de trabajo, se recomienda una muñequera conductora. La muñequera evita que las operaciones típicas, como quitar la cinta de los paquetes, provoquen daños en el circuito integrado. Nuevamente, se requiere una resistencia de 1 M desde la muñequera hasta el suelo por seguridad. Al ensamblar placas de PC con circuitos integrados sensibles a ESD, todos los componentes pasivos deben colocarse y soldarse antes que los circuitos integrados. Esto reduce la exposición a ESD de los componentes electrónicos sensibles. Por supuesto, el soldador debe tener una punta con conexión a tierra.

La protección ESD para circuitos integrados requiere la participación tanto del productor de circuitos integrados como del cliente. Los fabricantes de circuitos integrados tienen un interés personal en ofrecer sus dispositivos con el mejor nivel de protección ESD posible. Los diseñadores de circuitos IC, los ingenieros de procesos, los especialistas en empaques y otros buscan continuamente diseños de circuitos, procesos y soluciones de empaque nuevos y mejorados que puedan soportar o desviar la energía ESD.

Una estrategia integral de protección contra ESD, por otro lado, requiere más que solo incorporar la protección contra ESD en los circuitos integrados. Los usuarios de circuitos integrados también deben brindar a su personal el conocimiento y la capacitación adecuados en técnicas de manejo de ESD, de modo que la protección pueda incorporarse en todas las etapas críticas del proceso. Delineado de la siguiente manera.

Dispositivos analógicos
• Diseño y Fabricación de Circuitos
• Cree productos con el más alto nivel de protección ESD mientras mantiene el rendimiento analógico y digital esencial.
• Empacar y enviar
• Se debe empacar material disipador de estática. Los paquetes se deben etiquetar con una advertencia de ESD.

Clientes
• Inspección de entrada
• Inspeccione en la estación de trabajo conectada a tierra. Minimice la manipulación.
• Control de inventario
• Almacénelo en el embalaje original seguro contra descargas electrostáticas. Minimice la manipulación.
• Fabricación
• Entregar en el área de trabajo en el embalaje original a prueba de ESD. Abra los paquetes solo en la estación de trabajo conectada a tierra. Empaque los subensamblajes en un empaque disipador de estática.
• Empacar y enviar
• Embale con material disipador de estática si es necesario. Las tarjetas de reemplazo u opcionales pueden requerir atención especial.

La protección ESD requiere una asociación entre ADI y el usuario final, incluido el control en puntos clave. Al realizar pruebas y evaluar circuitos integrados, se debe tener mucho cuidado. Debido a que las consecuencias del daño por ESD pueden ser acumulativas, el mal uso persistente de un dispositivo puede provocar fallas. La inserción y extracción de circuitos integrados de los zócalos de prueba, el almacenamiento de dispositivos para su evaluación y la adición y extracción de componentes externos de la placa de pruebas deben realizarse teniendo en cuenta las protecciones ESD correctas. Si un dispositivo falla durante el desarrollo de un sistema prototipo, la causa puede ser el estrés ESD repetitivo.

La palabra clave a recordar con respecto a la EDS es prevención. El daño de ESD no se puede deshacer, ni sus efectos pueden compensarse.

Pruebas y modelos ESD IC
Algunas aplicaciones son más susceptibles a ESD que otras. Los circuitos integrados situados en una placa de PC rodeada de otros circuitos son mucho menos sensibles al daño por ESD que los circuitos que deben interactuar con otras placas de PC o con el mundo exterior. Estos circuitos integrados normalmente no se especifican ni se garantiza que cumplan con ningún criterio ESD específico (excepto para dispositivos clasificados). Los circuitos integrados del puerto de interfaz RS-232 en una computadora son un buen ejemplo de una interfaz sensible a ESD, ya que se exponen fácilmente a altos voltajes.

Las técnicas de prueba y las restricciones deben establecerse para garantizar el rendimiento de ESD para dichos dispositivos. Para evaluar la vulnerabilidad de los dispositivos a ESD, se han establecido una gran cantidad de requisitos y formas de onda de prueba. El modelo de cuerpo humano (HBM), el modelo de máquina (MM) y el modelo de dispositivo cargado son las tres formas de onda más destacadas que se utilizan actualmente para dispositivos semiconductores o discretos (CDM).

Debido a que cada uno de estos modelos representa un evento ESD fundamentalmente diferente, hay poca coherencia entre los resultados de las pruebas para estos modelos. Desde 1996, todos los equipos electrónicos entregados a la Comunidad Europea o dentro de ella deben cumplir con las normas de compatibilidad electromecánica (EMC) establecidas en el reglamento IEC1000-4-x.

Cabe señalar que esto no se aplica a los circuitos integrados individuales, sino a todo el producto. Estos estándares, así como las técnicas de prueba, están definidos en las diferentes especificaciones IEC1000. IEC1000-4-2 requiere que se realicen pruebas de cumplimiento utilizando uno de los dos métodos de acoplamiento: descarga por contacto o descarga por espacio de aire. Se requiere una conexión directa a la unidad que se está probando para la descarga por contacto.

La descarga del espacio de aire emplea un voltaje de prueba mayor pero evita el contacto directo con la unidad que se está probando. La pistola de descarga avanza hacia el equipo que se está probando, creando un arco a través del espacio de aire, de ahí la frase descarga de aire. La humedad, la temperatura, la presión barométrica, la distancia y la tasa de cierre de la pistola de descarga tienen un impacto en este procedimiento. Si bien es menos realista, el método de descarga por contacto es más repetible y está ganando adeptos sobre el método del espacio de aire.

Generador de ESD
El generador de prueba imita la descarga electrostática de acuerdo con IEC / EN 61000-4-2. Para las pruebas de laboratorio, confíe en el Equipo bajo prueba (EUT) y la configuración de la prueba. La norma IEC especifica dos métodos de prueba:

1. Descarga de aire El generador de prueba se debe reubicar en el EUT de esta manera. La descarga de alto voltaje está en el aire. El voltaje de prueba se puede ajustar hasta 30kV. El tiempo de subida muy corto de cada pulso genera un gran espectro de RF e interferencia.
2. Descarga por contacto El ESE se conecta al electrodo de descarga con una punta afilada. Un relé de vacío sirve como interruptor de descarga.

Preguntas Frecuentes
¿Qué es un probador de ESD?
Las pruebas de compatibilidad electromagnética se conocen como prueba ESD (Prueba CEM). prueba ESD replica numerosos efectos electrostáticos que el equipo puede encontrar ya sea en tránsito o en funcionamiento. Una prueba de descarga electrostática examina si se siguen los procedimientos y el área de protección ESD de un producto.

¿Qué es la descarga electrostática en IC?
Un objeto cargado que toca un IC, un IC cargado que golpea una superficie conectada a tierra, una máquina cargada que toca un IC o un campo electrostático que crea un voltaje lo suficientemente fuerte como para romper un dieléctrico pueden causar ESD.

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