Диссертация (1137175), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Поэтому напряжение на входе электрометра будет пропорциональнонапряжению на объекте:=вх = 0(3.2)2= 2 + 4(3.3)Так как обычно 2 ≪ 4 , то коэффициент деления можно приближённоопределить как:24=(3.4)В выражении (3.2) коэффициент зависит только от геометрии зондаи расстояния между зондом и объектом и не зависит от потенциала объекта. Поэтому достаточно проградуировать зондовый электрометр по электростатическому потенциалу только в какой либо одной точке. Зная потенциалобъекта относительно земли 01 и по показаниям отсчётного устройства электрометра определив напряжение на его входе вх1 можно найти из выражения(3.2) найти коэффициент и по нему проградуировать шкалу электрометрав единицах электростатического потенциала:=вх101(3.5)Каждой геометрии зонда и каждому расстоянию между зондом и объектом будет соответствовать свой коэффициент .Чтобы измеряемое напряжение вх не зависело от расстояния от датчикадо объекта необходимо, каким-то образом устранить зависимость ёмкости С2от расстояния.
Далее был предложен один из возможных методов.98На схеме рис.3.11 ёмкость С2 можно выполнить и в виде сосредоточенного высоковольтного конденсатора. Одна обкладка конденсатора С2 в данномслучае будет соединена с объектом измерения, например к ней может бытьподключён щуп. Другая обкладка конденсатора будет связана со входом электрометра. Тогда ёмкости С2 и С4, соединённые последовательно, образуютемкостной делитель.
Такая схема используется для измерения высоких напряжений и её применение для данной цели описано в [35]. Схема измеренияпри этом преобразуется так, как показано на рис.3.12.Объект020 04ЭлектрометрРис. 3.12. Контактное измерение электростатического потенциала объекта. 0 сопротивление объекта, 0 ёмкость объекта.Ёмкость объекта С0 заряжена до напряжения 0 . Как ёмкость объектаС0 на рис.3.12 обозначена сумма емкостей С1 и С3 на рис.3.11:0 = 1 + 3(3.6)При проведении контактных измерений электростатический заряд объекта будет перераспределяться между ёмкостью объекта C0 и суммарной ёмкостью объекта и входной ёмкостью измерителя, и согласно закону сохранения заряда измеряемый потенциал будет меньше, чем потенциал объекта.Поэтому входная ёмкость контактного измерителя электростатических потенциалов должна быть много меньшей, чем ёмкость объекта.
Ёмкость объекта99измерения, например для тела человека, равна 150-200 пФ по данным различных источников.В нашем случае входной ёмкостью измерителя будет ёмкость конденсаторов С2 и С4 (ёмкость связи и входная ёмкость электрометра) на рис.3.12,соединённых последовательно. Так как обычно С2≪С4, а ёмкость С4 равна сумме входной ёмкости и ёмкости кабеля и имеет порядок 50-100 пФ, товходная ёмкость такого контактного измерителя будет много меньше ёмкостиобъекта, и измеритель не будет искажать значение потенциала объекта.3.5. ВыводыВ результате проведённого исследования был произведён анализ современной элементной базы, на основании которого сделан вывод о том, что дляпостроения электрометра, обладающего повышенной устойчивостью к длительным и импульсным перегрузкам необходимо применять ламповую схемотехнику.В настоящее время специализированные электрометрические лампы более не выпускаются промышленностью и для их замены целесообразно использовать обыкновенные приёмно-усилительные лампы в обращённом режиме.В ходе исследований было произведено измерение вольт-амперных характеристик ламп в обращённом режиме с целью отбора наиболее подходящихдля использования в схеме электрометра ламп.
Была разработана схемотехника электрометр на лампах в обращённом режиме в мостовом включении.Были получены измерения характеристик данного прибора. Прибор имеетлинейность передаточной характеристики, достаточную для применения сцелью контроля электростатических потенциалов в промышленности.Прибор может применяться для построения как контактного, так и бес100контактного измерителя электростатических потенциалов. Для улучшенияхарактеристик контактного метода была разработана методика с применением емкостного делителя.На основании данных результатов исследований возможно построениепрактической схемы электрометра для проведения контроля электростатических зарядов в условиях приборостроительного предприятия. С целью подтверждения результатов исследований необходимо построить опытный образец прибора для контроля электростатических потенциалов и провести измерения электростатического потенциала в условиях цеха по сборке печатныхузлов.101Глава 4Экспериментальное исследованиеразработанных методов4.1.
ВведениеВ ходе исследований для подтверждения полученных результатов необходимо провести экспериментальную проверку. Экспериментальная проверкаметода моделирования воздействия ЭСР на печатные узлы состоит в том,что необходимо изготовить тестовый электронный модуль на печатной платеи провести его тестирование на стенде для имитации ЭСР.Результатом данного эксперимента будет служить порог отказа объектатестирования. В качестве объекта тестирования выберем МДП-транзистор,так как он является базовой единицей всей современной твёрдотельной электроники и понимание механизма отказа МДП-транзистора в результате ЭСРпозволит экстраполировать полученные данные на прочие электронные компоненты (интегральные микросхемы и т.п.).
Критерием отказа МДП-транзистора будет служить функциональный отказ [48, 53]. То есть несоответствиепараметров транзистора паспортным данным.На основании результатов тестирования можно будет выявить представляет ли опасность накопление статического заряда печатной платой для электронных компонентов. Таким образом можно будет обосновать необходимостьконтроля статического потенциала при производстве РЭА. Таким образомможно будет окончательно подтвердить либо опровергнуть данные, полученные в публикации [8].Для проверки разработанной контактной методики контроля статического потенциала необходимо построить практическую схему прибора для изме102рения статических потенциалов, используя разработанную в разделе 3.3 схемотехнику и методику с применением емкостного делителя.
Также при этомставилась задача построения схемы гальванической развязки для связи электрометра с АЦП, так как все современные контрольные и измерительныеприборы имею аналогичный интерфейс. С данной целью в ходе исследований была разработана схема гальванической развязки с дифференциальнымвходом на основе диодных оптопар.4.2. Исследование модели воздействия ЭСР напечатные узлы4.2.1.
Анализ накопления зарядов печатным монтажомДля подтверждения результатов моделирования воздействия CDM ЭСРна печатные узлы, заявленных в главе 2 необходимо произвести тестированиепечатных плат на воздействие ЭСР.Сначала необходимо выяснить действительно ли печатные платы могутнакопить заряд, опасный для электронных компонентов. Для этого был проведён контроль электростатического потенциала при помощи патентованногоизмерителя статических потенциалов и зарядов [66] разработки автора.
Преимуществом данного прибора является является его высокая устойчивостьк импульсным (до 10 кВ) и длительным (до 200 В) перегрузкам по входнойцепи при пределе измерения 5 В. Такие параметры достигнуты, благодаряприменению оригинальной схемотехники на вакуумных лампах в обращённом режиме. Предел измерения может быть легко расширен вверх с помощьюемкостного делителя по входу [35].Вход измерителя был связан с полигоном заземления ПП, таким образом измеряется статический потенциал, накопленный заземляющим полиго103ном ПП. На рис.4.1 показан график процесса заряжения и разряда печатнойплаты при трении о бумагу.180Статический потенциал, В16014012010080604020051015Время, с2025Рис. 4.1.
Заряжение и разрядка печатной платы в контакте с упаковочной бумагой.Из графика видно, что статический потенциал, накапливаемый печатнойплатой может достигать почти 200 В. Само по себе такое значение статического потенциала безопасно для электронных компонентов, имеющих встроенную защиту. Типичный порог отказа составляет 2500 В для HBM ЭСР и500 В для CDM ЭСР. Но если результаты, сообщаемые в [8] подтвердятся, тотакой статический потенциал может уже представлять опасность для электронных компонентов.4.2.2.
Анализ порога отказа МДП-транзисторовВ качестве объекта тестирования был выбран силовой n-МДП транзистор IRF510 [25]. Транзистор был впаян в предварительно изготовленнуютестовую печатную плату из двухстроннего фольгированного стектлотекстолита.
Плата имеет размер 65х100 мм, Цепь истока транзистора соединена с104полигоном площадью 6000мм2 . Полигон выполнен в верхнем слое металлизации. Нижний слой металлизации заземлён. Вывод транзистора в корпусеТО-220 отформованы и припаяны к контактным площадкам в верхнем слоеметаллизации. Для выравнивания потенциалов между затвором и истокомвключён резистор сопротивлением 200 кОм, а между стоком и истоком включён резистор сопротивлением 1 кОм. Резистор между стоком и истоком включён с технологической целью для упрощения контроля исправности транзистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
