ESD 모델, 보호 및 테스트에 대해 알아야 할 사항

ESD 시뮬레이터
An ESD 시뮬레이터, 종종 로 알려진 ESD 총는 장치의 저항을 평가하는 데 사용되는 휴대용 장치입니다. 정전기 방전(ESD). 이 시뮬레이터는 전자기 호환성(EMC)을 전문으로 하는 실험실에서 사용됩니다. ESD 펄스는 반대 전하를 가진 두 항목이 접촉할 때 생성되는 고전압 펄스입니다. 테스트 중인 가제트가 정전기 방전에 강한지 확인하기 위해 테스트 환경에서 다시 만들 수 있습니다.

ESD 시험
ESD 시험 의무적인 전자기 호환성 테스트의 일부로 대부분의 자동차 부품 공급업체에 필요합니다. 인적 요소를 제거하기 위해 이러한 테스트를 자동화하는 것이 종종 유익합니다. ESD 시험 의무적인 전자기 호환성 테스트의 일부로 대부분의 자동차 부품 공급업체에 필요합니다. 인적 요소를 제거하기 위해 이러한 테스트를 자동화하는 것이 종종 유익합니다.

ESD IC 테스터의 종류
논리 테스터, 메모리 테스터 및 아날로그 테스터는 세 가지 유형의 테스터입니다. 일반적으로 IC 테스트는 웨이퍼 테스트(다이 정렬 또는 프로브 테스트라고도 함)와 패킹 후 패키지 테스트(최종 테스트라고도 함)의 두 단계로 수행됩니다. 웨이퍼 테스트는 프로버와 프로브 카드를 사용하는 반면 패키지 테스트는 핸들러, 테스트 소켓 및 테스터를 사용합니다.

IC를
연산 증폭기, 입력 증폭기 및 데이터 변환기와 같은 선형 집적 회로(IC)는 인쇄 회로 기판에 넣기 전에 보호됩니다. 그것은 회로 외 상태입니다. 이러한 상태에서 IC는 발생할 수 있는 스트레스가 많은 전압 서지 측면에서 주변 환경의 영향을 완전히 받습니다. 정전기 방전(Electrostatic discharge, ESD로 더 자주 알려져 있음)은 대부분의 위험한 전압 서지를 유발합니다. 이것은 두 가지 시나리오 중 하나로 인한 단일의 빠른 고전류 정전기 전하 이동입니다.

이러한 조건은
1. 전위가 다른 두 물체 사이의 직접 접촉 전달(때때로 접촉 방전이라고도 함)
2. 두 품목이 가까이 있으면 강력한 정전기장(공기 방전이라고도 함)을 생성합니다. 정전기의 주요 원인은 주로 절연체이며 비닐 또는 플라스틱 작업 표면, 절연 신발, 완성된 나무 의자와 같은 합성 재료인 경우가 많습니다. , 스카치 테이프, 버블 팩, 접지되지 않은 팁이 있는 납땜 인두 등.

전하가 표면에 쉽게 퍼지지 않거나 다른 물체로 전달되지 않기 때문에 이러한 소스에 의해 생성되는 전압 레벨은 매우 높을 수 있습니다. 마찰 전기 효과는 두 물질을 함께 문지르면 유도되는 정전기가 발생합니다.
• 카펫 위 걷기 1000V – 1500V
• 비닐 바닥 150V – 250V 걷기
• 투명 플라스틱 커버 400V – 600V로 보호되는 재료 관리
• 폴리에틸렌 백 1000V – 2000V 취급
• 폴리우레탄 폼을 용기에 붓는 1200V – 1500V

참고: 위의 내용은 상대 습도가 60%라고 가정합니다. 낮은 RH(30%)에서 전압은 XNUMX배 이상 높을 수 있습니다.

ESD의 높은 전압과 높은 피크 전류는 집적 회로를 파괴할 수 있습니다. 바이어스 전류가 매우 낮은 정밀 아날로그 회로는 기존의 ESD 보호 아키텍처가 입력 누설을 증가시켜 사용할 수 없기 때문에 기존 디지털 회로보다 손상에 더 취약합니다.

설계 엔지니어 또는 기술자에게 ESD 손상의 가장 일반적인 징후는 IC의 치명적인 고장입니다. 반면에 ESD에 노출되면 누출이 증가하거나 다른 기능이 저하될 수 있습니다. 검사 중에 장치가 데이터 시트 표준을 충족하지 않는 것으로 보이면 ESD 손상을 평가해야 합니다. ESD로 인한 고장에 대한 몇 가지 중요한 요소를 간략하게 설명합니다.

ESD 실패 메커니즘
• 유전체 또는 접합부 손상
• 표면 전하 축적
• 도체 융합 ESD

손상이 발생할 수 있음
• 누출 증가
• 성능 저하
• IC의 기능 장애

ESD 손상은 종종 누적됩니다. 예를 들어, 각 ESD "zap"은 더 많은 접합 손상을 일으켜 결국 장치가 고장날 수 있습니다.

ESD 보호
ESD 피해 이해 보호 포장은 ESD에 민감한 모든 장비에 사용됩니다. IC는 일반적으로 전도성 폼 또는 정전기 방지 배송 튜브에 포장되며, 이후에 정전기 소산 플라스틱 백에 밀봉됩니다. 봉인된 백에는 적절한 취급 지침을 설명하는 고유 코드 라벨이 붙어 있습니다.

외부 포장 표시가 있으면 ESD 보호에 적합한 장치 취급 방법이 필요함을 사용자에게 알립니다. 또한 ESD에 민감한 IC에 대한 데이터 시트에는 일반적으로 해당 효과에 대한 눈에 띄는 선언이 포함되어 있습니다. 모든 정전기에 민감한 가제트는 보호 포장에 개별적으로 포장되어 있으며 취급 지침 라벨이 붙어 있습니다.

4000V의 높은 정전기 전하가 인체 및 테스트 장비에 쉽게 발생하고 감지되지 않은 방전이 발생할 수 있습니다. ADXXX에는 특허받은 ESD 안전 회로가 포함되어 있지만 고에너지 정전기 방전을 받는 전자 장치는 복구할 수 없는 손상을 입을 수 있습니다. 성능 저하 또는 기능 손실을 방지하려면 적절한 ESD 보호 장치를 사용하는 것이 좋습니다. ESD에 민감한 장치가 인식되면 보호가 비교적 간단합니다.

집적 회로를 원래의 보호 포장에 보관하는 것은 분명히 첫 번째 단계입니다. IC 손상이 발생하기 전에 잠재적으로 위험한 ESD 소스를 방전하는 것은 두 번째 단계입니다. 이러한 전압은 높은 임피던스를 사용하여 빠르고 안전하게 방전될 수 있습니다. 정전기 방지 표면이 있는 작업대는 ESD 안전 IC 처리를 위한 중요한 구성 요소입니다. 1M 저항은 표면을 접지에 연결하여 정전기를 분산시키는 동시에 전기적 접지 오류 충격 위험으로부터 사용자를 보호합니다. 벤치 탑이 비전도성인 경우 방전 저항과 함께 정전기 방지 매트를 설치해야 합니다.

충전된 IC가 낮은 임피던스를 통해 방전되면 높은 피크 전류가 흐를 수 있음을 기억하십시오. 이것은 충전된 IC가 접지된 구리로 덮인 기판과 접촉할 때 정확히 발생합니다. 동일한 충전된 집적 회로가 높은 임피던스 표면에 놓일 때. 그러나 피크 전류는 장비를 파괴하기에 충분하지 않습니다.

다양한 직원 처리 전략은 ESD 관련 피해를 최소화하는 데 필수적입니다. 워크스테이션에서 ESD에 민감한 전자 제품을 다룰 때는 전도성 손목 스트랩을 사용하는 것이 좋습니다. 손목 스트랩은 소포에서 테이프를 벗기는 것과 같은 일반적인 작업이 IC 손상을 일으키는 것을 방지합니다. 다시 말하지만 안전을 위해 손목 스트랩에서 접지까지 1M 저항이 필요합니다. ESD에 민감한 IC로 PC 보드를 조립할 때 모든 수동 부품을 IC보다 먼저 배치하고 납땜해야 합니다. 이것은 민감한 전자 장치의 ESD 노출을 줄입니다. 물론 납땜 인두에는 접지된 팁이 있어야 합니다.

집적 회로를 위한 ESD 보호는 IC 생산자와 고객 모두의 참여를 필요로 합니다. IC 제조업체는 실현 가능한 최고 수준의 ESD 보호 기능을 갖춘 장치를 제공하는 데 기득권이 있습니다. IC 회로 설계자, 공정 엔지니어, 패키징 전문가 등은 ESD 에너지를 견디거나 분류할 수 있는 새롭고 개선된 회로 설계, 프로세스 및 패키징 솔루션을 지속적으로 찾고 있습니다.

반면에 포괄적인 ESD 보호 전략은 ESD 보호를 IC에 통합하는 것 이상의 것을 필요로 합니다. 또한 집적 회로 사용자는 직원에게 ESD 처리 기술에 대한 적절한 지식과 교육을 제공하여 프로세스의 모든 중요한 단계에서 보호 기능을 구축할 수 있도록 해야 합니다. 다음과 같이 설명합니다.

아날로그 장치
• 회로 설계 및 제작
• 필수 아날로그 및 디지털 성능을 유지하면서 최고 수준의 ESD 보호 기능을 갖춘 제품을 만듭니다.
• 포장 및 배송
• 정전기 방지 재료를 포장해야 합니다. 패키지에는 ESD 경고 라벨이 붙어 있어야 합니다.

고객
• 수입 검사
• 접지된 워크스테이션에서 검사합니다. 취급을 최소화합니다.
• 재고 관리
• 원래의 ESD 안전 포장에 보관하십시오. 취급을 최소화합니다.
• 제조
• 원래의 ESD 안전 포장으로 작업 영역으로 배달합니다. 접지된 워크스테이션에서만 패키지를 엽니다. 정전기 소산 포장으로 하위 어셈블리를 포장합니다.
• 포장 및 배송
• 필요한 경우 정전기 방지 재료로 포장합니다. 교체 또는 옵션 보드에는 특별한 주의가 필요할 수 있습니다.

ESD 보호를 위해서는 ADI와 최종 사용자 간의 파트너십이 필요하며, 여기에는 주요 지점에서의 제어도 포함됩니다. IC를 브레드보딩하고 평가할 때는 극도의 주의를 기울여야 합니다. ESD 손상의 결과는 누적될 수 있으므로 장치를 지속적으로 오용하면 오류가 발생할 수 있습니다. 테스트 소켓에서 IC 삽입 및 제거, 평가를 위한 장치 저장, 브레드보드에서 외부 구성요소 추가 및 제거는 모두 올바른 ESD 보호 장치를 염두에 두고 수행해야 합니다. 프로토타입 시스템 개발 중 장치에 장애가 발생하면 반복적인 ESD 스트레스가 원인일 수 있습니다.

ESD와 관련하여 기억해야 할 핵심 단어는 예방입니다. ESD 손상은 되돌릴 수 없으며 그 영향을 보상할 수도 없습니다.

ESD IC 모델 및 테스트
일부 응용 프로그램은 다른 응용 프로그램보다 ESD에 더 취약합니다. 다른 회로로 둘러싸인 PC 보드에 위치한 IC는 다른 PC 보드 또는 외부 세계와 인터페이스해야 하는 회로보다 ESD 손상에 훨씬 덜 민감합니다. 이러한 IC는 일반적으로 특정 ESD 기준을 충족하도록 지정되거나 보장되지 않습니다(분류된 장치 제외). 컴퓨터의 RS-232 인터페이스 포트 IC는 고전압에 쉽게 노출되기 때문에 ESD에 민감한 인터페이스의 좋은 예입니다.

이러한 장치에 대한 ESD 성능을 보장하려면 테스트 기술 및 제한 사항을 설정해야 합니다. ESD에 대한 장치의 취약성을 평가하기 위해 과다한 테스트 파형 및 요구 사항이 설정되었습니다. HBM(Human Body Model), MM(Machine Model) 및 Charged Device Model은 현재 반도체 또는 이산 소자(CDM)에 사용되는 가장 두드러진 세 가지 파형입니다.

이러한 각 모델은 근본적으로 다른 ESD 이벤트를 나타내기 때문에 이러한 모델에 대한 테스트 결과 간에 일관성이 거의 없습니다. 1996년부터 유럽 공동체로 또는 내부로 배송되는 모든 전자 장비는 IEC1000-4-x 규정에 명시된 전자기계 호환성(EMC) 규범을 충족해야 합니다.

이것은 개별 IC에 적용되는 것이 아니라 전체 제품에 적용된다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 표준과 테스트 기술은 다양한 IEC1000 사양에 정의되어 있습니다. IEC1000-4-2는 접촉 방전 또는 에어 갭 방전의 두 가지 결합 방법 중 하나를 사용하여 적합성 테스트를 수행할 것을 요구합니다. 접촉 방전을 위해서는 테스트 중인 장치에 직접 연결해야 합니다.

에어갭 방전은 더 큰 테스트 전압을 사용하지만 테스트 중인 장치와의 직접적인 접촉을 피합니다. 방전 권총은 테스트 중인 장비를 향해 전진하여 에어 갭을 가로질러 호를 생성하므로 공기 방전이라는 문구가 생성됩니다. 습도, 온도, 기압, 거리 및 방전 건의 폐쇄 속도는 모두 이 절차에 영향을 미칩니다. 덜 현실적이지만 접촉 방전 방법이 더 반복 가능하며 에어 갭 방법보다 선호되고 있습니다.

ESD 발생기
테스트 발생기는 IEC / EN 61000-4-2에 따라 정전기 방전을 모방합니다. 실험실 테스트의 경우 테스트 중인 장비(EUT) 및 테스트 설정에 의존합니다. IEC 표준은 두 가지 테스트 방법을 지정합니다.

1. 공기 배출 시험 발생기는 이러한 방식을 사용하여 EUT로 재배치되어야 합니다. 고전압 방전이 공기 중에 있습니다. 테스트 전압은 최대 30kV까지 조정할 수 있습니다. 각 단일 펄스의 매우 짧은 상승 시간은 큰 RF 스펙트럼과 간섭을 생성합니다.
2. 접촉을 통한 방전 피시험기기는 뾰족한 끝으로 방전전극에 부착된다. 진공 릴레이는 방전 스위치 역할을 합니다.

자주 묻는 질문
ESD 테스터란 무엇입니까?
전자파 적합성 테스트는 다음과 같이 알려져 있습니다. ESD 시험 (EMC 테스트). ESD 시험 장비가 운송 중 또는 작동 중에 발생할 수 있는 수많은 정전기 효과를 복제합니다. 정전기 방전 테스트는 제품의 ESD 보호 영역 및 절차를 준수하는지 여부를 검사합니다.

IC에서 정전기 방전이란 무엇입니까?
IC에 닿는 대전 물체, 접지된 표면에 닿는 대전 IC, IC에 닿는 대전 기계 또는 유전체를 파열시킬 만큼 강한 전압을 생성하는 정전기장은 모두 ESD를 유발할 수 있습니다.

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