Цель и порядок проведения испытаний на устойчивость к электростатическому разряду (ESD)

Что такое электростатический разряд (ESD)?

Электростатический разряд (ESD) является одним из распространенных источников помех в электронных устройствах. По национальному стандарту GB/T17626.2 (эквивалент международного стандарта IEC61000-4-2), Тестирование на устойчивость к электростатическому разряду (ESD) Тестирование на устойчивость к ESD является важным шагом для обеспечения защиты устройств от разрушительного воздействия электростатического разряда. ЭСР возникает естественным образом и часто наблюдается при контакте человека с полупроводниковыми устройствами. Например, когда люди ходят по коврам из синтетического волокна, трение между обувью и ковром может вызвать накопление электрических зарядов на теле, что приводит к электростатическому разряду. Такой разряд может генерировать напряжение до 15 кВ, при этом импульсы тока имеют время нарастания от 100 пс до 30 нс.

Зачем проводить испытания электростатическим разрядом?

Инженеры-электронщики обнаружили, что электростатический разряд потенциально может вызвать разрушение полупроводниковых материалов, что приведет к непоправимому повреждению устройств. Кроме того, электростатический разряд и последующие изменения электромагнитных полей могут представлять опасность для нормальной работы электронного оборудования. Посредством испытаний на устойчивость к электростатическим разрядам можно оценить устойчивость устройств к электростатическим разрядам, гарантируя их надежность и стабильность при практическом использовании.

Основные цели испытаний электростатическими разрядами включают в себя:

Оценка устойчивости устройства к электростатическому разряду. Путем моделирования сценариев, в которых люди взаимодействуют с заряженными устройствами, тестирование электростатического разряда определяет, могут ли устройства эффективно противостоять внешним воздействиям электростатического разряда.
Проверка стабильности и надежности устройств. В ходе испытаний оцениваются характеристики устройств в условиях воздействия электростатических разрядов, чтобы убедиться в их стабильности и надежности в реальных условиях использования.

Процесс испытания электростатическим разрядом обычно включает в себя следующие этапы:

• Установка условий испытаний: такие параметры, как влажность и температура, устанавливаются в соответствии со стандартными требованиями.
• Имитация зарядки человеческого тела: для создания электрических зарядов на теле человека используются специальные методы трения, обеспечивающие соответствие требованиям испытаний.
• Испытание контакта устройства: заряженное человеческое тело контактирует с испытуемым устройством, при этом любые случаи электростатического разряда и его потенциальное воздействие наблюдаются и регистрируются.
• Оценка результатов: результаты испытаний оцениваются для оценки устойчивости устройства к электростатическому разряду и определения соответствия стандартным требованиям.

Посредством испытаний на устойчивость к электростатическому разряду можно заранее выявить потенциальные проблемы, с которыми могут столкнуться устройства при воздействии электростатического разряда, что позволяет принять соответствующие меры для повышения стабильности и надежности устройства.

Испытание на устойчивость к электростатическому разряду (ESD) моделирует два сценария:

• Прямой разряд: когда персонал непосредственно касается устройства, что приводит к разряду и его влиянию на работу устройства.
• Косвенный разряд: когда персонал касается близлежащего оборудования, что влияет на испытательное устройство.

К последствиям электростатического разряда относятся:

Прямой разряд может привести к повреждению полупроводниковых компонентов устройства, что приведет к необратимому выходу из строя.
Разряды (прямые или косвенные) могут вызвать изменения в ближнем электромагнитном поле, что потенциально может привести к непреднамеренному срабатыванию устройства.

ESD61000-2_Имитатор электростатического разряда

К методам выгрузки относятся:

• Прямой разряд: контактный разряд является предпочтительной формой, разряд через воздушный зазор используется только в тех случаях, когда контактный разряд невозможен, например, когда на поверхностях имеются изолирующие слои или зазоры в компьютерных клавиатурах.
• Косвенный выпуск: Сюда входят горизонтальная муфта (HCP) и вертикальная муфта (VCP).

Испытание на устойчивость к электростатическому разряду (ESD) оценивает устойчивость устройства к электростатическому разряду путем моделирования этих методов и сценариев разряда, анализируя потенциальные воздействия, чтобы обеспечить надежность и стабильность устройства во время фактического использования. Предпочтение контактному разряду в качестве основного метода разряда обусловлено недостатками, выявленными при реализации предшественника стандарта IEC61000-4-2, стандарта IEC801-2. В стандарте IEC801-2 использовался исключительно разряд с воздушным зазором, но во время его реализации возникли проблемы, связанные с повторяемостью и сопоставимостью.

Основными причинами этих проблем являются различные ограничения на форму волны разрядного тока при разряде в воздушном зазоре, такие как скорость, с которой разрядные электроды приближаются к испытуемому устройству, влияние формы поверхности устройства на распределение напряженности электрического поля, окружающая среда. факторы (такие как температура, влажность и давление воздуха), а также влияние напряжения разряда на спектр формы сигнала тока. Кроме того, в то время измерительные инструменты были неадекватны требованиям, например, осциллографам не хватало полосы пропускания для наблюдения сигналов с временем нарастания всего 1 нс.

Чтобы устранить недостатки разряда через воздушный зазор в результатах испытаний, в проект стандарта IEC1991-801 2 года были внесены исправления, в которых было решено отдать приоритет контактному разряду. Однако разряд в воздушном зазоре по-прежнему сохранялся для испытаний устройств с непроводящими поверхностями (например, пластиковых корпусов или металлических корпусов, покрытых изоляционными материалами). Это решение сохранялось до выхода стандарта IEC61000-4-2.

Экспериментальное содержание испытаний электростатических разрядов включает в себя:

• Выяснение типичного рабочего состояния испытуемого устройства, включая его функции, характеристики и режимы работы.
• Определение того, тестируется ли тестируемое устройство как настольное или напольное устройство, чтобы гарантировать, что процесс тестирования отражает реальные условия работы.
• Определение мест воздействия статического электричества, включая критические части и положения интерфейсов тестируемого устройства.
• Указание того, используется ли контактный разряд или разряд в воздушном зазоре на каждом месте применения для моделирования возможных сценариев электростатического разряда в реальных рабочих условиях.
• Определение уровня (от 1 до 4 и опционально открытых уровней) для тестирования продукта на основе требований клиента или производителя.
• При тестировании на соответствие с указанием количества разрядов на каждом объекте применения для обеспечения точности и надежности результатов испытаний.

Результаты испытаний на устойчивость к электростатическим разрядам следует классифицировать на основании потери функциональности или ухудшения характеристик испытуемого устройства. Соответствующие уровни производительности определяются производителем устройства, заказчиком испытаний или взаимно согласованы производителем и покупателем продукта.

Рекомендуется классифицировать следующим образом:

Уровень A: Производительность в норме в пределах, установленных производителем, заказчиком испытаний или покупателем.
Уровень B: Временная потеря или снижение функциональности или производительности, но может самовосстановиться после прекращения сбоя, не требуя вмешательства оператора.
Уровень C: Временная потеря или снижение функциональности или производительности, требующее вмешательства оператора для восстановления.
Уровень D: необратимая потеря функциональности или снижение производительности из-за повреждения оборудования или программного обеспечения или потери данных.

Классификация определяется на основе фактического положения устройства и требований производителя для обеспечения точной оценки устойчивости устройства к электростатическому разряду.