在實(shí)驗(yàn)室中,通常通過(guò)將高壓探針與被測(cè)試設(shè)備(DUT)的原型在特定位置(例如連接器銷(xiāo))進(jìn)行物理連接來(lái)測(cè)試ESD接觸放電。此外,還進(jìn)行了非接觸試驗(yàn),將探針置于可能的放電點(diǎn)的不同距離上。

這些測(cè)試必須重復(fù)為每個(gè)可能的連接和放電路徑,使ESD測(cè)試耗時(shí)和昂貴。從ESD測(cè)試的有限輸出中也很難理解失敗的根本原因。在測(cè)試過(guò)程中,許多原型可以被損壞或銷(xiāo)毀。

仿真虛擬測(cè)試可以加速ESD分析,減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。測(cè)試設(shè)備和DUT都是在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建和連接的,通過(guò)生成波形來(lái)復(fù)制真實(shí)世界的測(cè)試。模擬結(jié)果的三維可視化顯示了電流通過(guò)設(shè)備的精確路徑,幫助工程師了解ESD問(wèn)題的原因,并制定設(shè)計(jì)緩解策略。

環(huán)境可持續(xù)發(fā)展分析和緩解的挑戰(zhàn)

ESD是電子器件的一個(gè)重大風(fēng)險(xiǎn):集成電路等敏感低壓電子元件很容易被高壓脈沖損壞。即使沒(méi)有發(fā)生災(zāi)難性的破壞,也可能發(fā)生永久性的破壞,降低設(shè)備的壽命或造成意外行為。

當(dāng)一個(gè)物體上產(chǎn)生一個(gè)靜電電荷,然后通過(guò)一個(gè)電子裝置向地球放電時(shí),就會(huì)發(fā)生ESD。如果人類(lèi)使用者從衣服、地板或家具的摩擦中獲得電荷,也可能來(lái)自移動(dòng)機(jī)器,如車(chē)輛或傳送帶,或來(lái)自其他電荷物體的靜電感應(yīng),就會(huì)發(fā)生這種情況。

要發(fā)生ESD,必須有一個(gè)路徑之間的電荷對(duì)象和地面通過(guò)設(shè)備。這種路徑可以是直接接觸或近距離接觸,在這種情況下,通過(guò)氣隙形成弧形。在干燥的空氣中,靜電可以更容易地增加,上升的時(shí)間更快,峰值幅度更高,而在潮濕的空氣中,非接觸放電可以形成較長(zhǎng)的弧線,較緩慢地上升,峰幅更低。

條件下的大量變量、接觸類(lèi)型和弧形類(lèi)型意味著分析ESD風(fēng)險(xiǎn)需要對(duì)大量昂貴的原型進(jìn)行一系列的物理測(cè)試。當(dāng)有詳細(xì)的原型時(shí),測(cè)試必須在產(chǎn)品周期的后期進(jìn)行。如果在ESD測(cè)試中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,有一些步驟可能會(huì)導(dǎo)致延遲和影響預(yù)定的發(fā)布日期。步驟包括了解任何故障的原因,重新設(shè)計(jì)和翻新設(shè)備,以緩解問(wèn)題的下一個(gè)原型。

現(xiàn)代設(shè)備的esd測(cè)試可能特別復(fù)雜,因?yàn)槠渌M件現(xiàn)在集成到單一設(shè)備中,例如芯片上的系統(tǒng)(SIP)。每個(gè)集成電路的ESD保護(hù)必須與系統(tǒng)級(jí)別的ESD保護(hù)(ESES)協(xié)調(diào)一致。為了確保所有集成電路的電壓和電流安全,需要根據(jù)大量測(cè)試來(lái)權(quán)衡組件的位置。

靜電放電模擬的好處

模擬為測(cè)試提供了一種更快的替代方法。?統(tǒng)一建模和模擬這使得將CAD幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)可模擬的DUT虛擬原型和測(cè)試設(shè)備的設(shè)置變得容易。虛擬發(fā)電機(jī)頂端的勵(lì)磁產(chǎn)生了ESD脈沖,仿真計(jì)算了它通過(guò)設(shè)備的傳播。3D場(chǎng)監(jiān)視器可以可視化電流通過(guò)設(shè)備的精確路徑,虛擬場(chǎng)探測(cè)器可以放置在虛擬空間的任何地方,包括設(shè)備內(nèi)部。

以太網(wǎng)系統(tǒng)ESD測(cè)試中的表面電流,比較兩個(gè)不同的二極管位置。

評(píng)價(jià)ESD敏感性實(shí)際上意味著問(wèn)題可以識(shí)別和解決,甚至在第一個(gè)原型建設(shè)之前。這種方法使工程師能夠第一次獲得正確的設(shè)計(jì),節(jié)省了原型成本,減少了測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題導(dǎo)致的項(xiàng)目延遲的風(fēng)險(xiǎn)。

模擬ESD模擬解決方案

CST工作室套件包含最先進(jìn)的電磁解決器,用于精確和高效地模擬復(fù)雜的部件和系統(tǒng)。ESD本質(zhì)上是一種瞬態(tài)現(xiàn)象,通過(guò)三維時(shí)域求解器可以有效地模擬。時(shí)域解決器還提供了高效率的3D網(wǎng)格,它足夠健壯,可以處理糟糕的CAD幾何。精確地表示復(fù)雜的幾何形狀,可以快速地進(jìn)行虛擬測(cè)試.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(DOE)功能可以通過(guò)清晰的可視化和比較大型數(shù)據(jù)集,對(duì)各種場(chǎng)景進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。

ESD敏感性分析工作流從構(gòu)建DUT的虛擬雙胞胎開(kāi)始。標(biāo)準(zhǔn)CAD和EDA工具的三維幾何和印刷電路板或IC布局可以導(dǎo)入到虛擬環(huán)境中,并通過(guò)自動(dòng)清理和連接將其轉(zhuǎn)換為可模擬的模型。

已經(jīng)預(yù)先確定的特殊教育標(biāo)準(zhǔn)模板,如教育標(biāo)準(zhǔn)化生成器的3D模型和教育標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)脈沖激勵(lì),可從科技委員會(huì)組件庫(kù)獲得,幫助用戶定義模擬設(shè)置。已開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了ESD發(fā)電機(jī)模型,以符合以下國(guó)際標(biāo)準(zhǔn):?第10605號(hào)標(biāo)準(zhǔn)能夠精確模擬真實(shí)世界的ESD測(cè)試設(shè)置。用戶可以建立標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的表示,復(fù)制在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的設(shè)置。

可模擬接觸式和氣隙式ESD發(fā)生器。在氣隙的情況下(換言之,當(dāng)空氣中的電壓破壞導(dǎo)致一個(gè)弧形時(shí),首先進(jìn)行電磁模擬,以使用不同電壓計(jì)算可能的弧形路徑。帕興定律 ,并生成代表弧形非線性電磁特性的香料模型。這為ESD脈沖的時(shí)域模擬奠定了基礎(chǔ),將SLECE電路模型與三維仿真模型相結(jié)合,進(jìn)行了真實(shí)的暫態(tài)共仿真。

關(guān)閉ESD模擬裝置,顯示左邊的DUT和右邊的ESD槍探測(cè)器,一個(gè)元素代表火花。

該模擬產(chǎn)生幾個(gè)ESDKPIS和一個(gè)三維可視化的電磁場(chǎng)和表面電流周?chē)脑O(shè)備。使用虛擬探測(cè)器,用戶可以在整個(gè)脈沖期間查看結(jié)構(gòu)中任何一點(diǎn)的電壓。用戶可以生成物理測(cè)試所能提供的所有KPIS,有些是無(wú)法測(cè)量的。

結(jié)論

靜電放電(ESD)會(huì)引起故障和設(shè)備故障,影響設(shè)備市場(chǎng)的安全性和可靠性。成功地將電子產(chǎn)品推向市場(chǎng)意味著符合法律的ESD規(guī)定,并確保設(shè)備不受ESD暴露。

電磁模擬可以用來(lái)分析設(shè)備上的ESD風(fēng)險(xiǎn),而不需要花費(fèi)建造和潛在的破壞物理原型的成本。虛擬雙星包含有關(guān)產(chǎn)品的所有相關(guān)數(shù)據(jù),可以在虛擬測(cè)試中使用模擬精確地表示產(chǎn)品行為。

工程師可以很快地從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中構(gòu)建出他們產(chǎn)品的虛擬雙生子,這要?dú)w功于在3D經(jīng)驗(yàn)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的統(tǒng)一建模和模擬方法。

通過(guò)虛擬測(cè)試,工程師能夠從設(shè)計(jì)的最初階段就了解ESD風(fēng)險(xiǎn),并能夠?yàn)閱蝹€(gè)組件或整個(gè)設(shè)備制定保護(hù)和緩解策略。虛擬測(cè)試有助于防止在開(kāi)發(fā)后期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,因?yàn)榉倒こ杀景嘿F,而且有拖延整個(gè)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)。它還降低了發(fā)射后設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)和召回的成本。