Диссертация (1137175), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Ёмкость между верхним и нижним слоями тестовой печатной платыравна 190 пФ.Схему стенда для тестирования МДП-транзисторов на воздействие CDMЭСР иллюстрирует рис.4.2. Вариант ЭСР, показанный на схеме является наихудшим из возможных, так как при этом весь заряд, накопленный системойпечатных проводников проходит через цепь затвора и создаёт импульсныеперенапряжения между затвором и истоком.Игольчатый электродМедная фольгаCpcbИсточниквысокогонапряжения0...1000 BR110 МОмVT1Печатная платаЗаземлённая пластинаРис. 4.2. Схема тестирования МДП-транзистора, установленного на печатной плате на воздействие CBM ЭСР.
— ёмкость системы печатных проводников, связанных с истокомтранзистора.Ёмкость между верхним слоем металлизации и землёй на рис.4.2заряжается от источника высокого напряжения через зарядный резистор R1.Данный резистор ограничивает ток заряда и служит также защитой от пора105жения оператора током высокого напряжения. Источник высокого напряжения представляет собой высокочастотный полумостовой повышающий инвертор [55]. Выходное напряжение источника регулируется изменением напряжения питания инвертора в пределах 6–24 В. Инвертор преобразует низкое напряжение постоянного тока в высокое. Стабилизации выходного напряженияинвертор не имеет.
Источник вырабатывает напряжение постоянного тока.Разряд производится контактированием заземлённого игольчатого электрода с выводом затвора транзистора.В ходе эксперимента напряжение тестирования повышалось начиная с 50В ступенями по 50 В (производилось тестирование при напряжениях 50, 100,150, 200, 250 В). После каждого повышения на 50 В производился разряд, затем напряжение снижалось плавно до нуля, источник высокого напряженияотсоединялся от схемы и производился контроль функционирования транзистора. Критерием исправности транзистора служит открывание транзисторапри подачи напряжения положительной полярности на его затвор.
При этомв цепи нагрузки, включённой между стоком и плюсом источника питанияпротекает ток.По достижении напряжения тестирования равного 250 В произошёл отказ тестируемого транзистора, который проявился в пробое подзатворного диэлектрика. Сопротивление затвор-исток отказавшего транзистора стало равным 16 Ом и транзистор перестал функционировать. Таким образом имеетсяполное согласование с результатами моделирования (см. рис.2.11), согласнокоторым отказ транзистора при данной ёмкости печатной платы, соединённой с цепью истока, должен наступить при напряжении тестирования равном250 В.
Расхождение результатов тестирования и моделирования определяетсяпогрешностью измерительных приборов и составляет менее 5%.Тесты были повторены ещё для четырёх транзисторов типа IRF510 идля всех было получено напряжение отказа в 250 В. Такое же напряжение106отказа транзистора было получено и в результате моделирования. Таким образом можно сделать вывод о том, что разработанная методика обеспечиваеткорректное моделирование воздействие CBM ЭСР на МДП-транзистор и имеющиеся библиотечные модели МДП-транзисторов можно использовать длямоделирования воздействия ЭСР без доработок.Расчёт по приближённой формуле (2.6) дал значение порога отказа 236В, что также с точностью до 6% согласуется с экспериментальными данными. Остюда следует вывод, что приближённый расчёт по формуле (2.6) можетиспользоваться в тех случаях, если схемотехническая модель для исследуемого МДП-транзистора недоступна.
Для автоматизации расчёта целесообразнаразработка специализированного ПО.В результате проведённых экспериментов и моделирования было установлено, что накопление статического заряда в печатной плате значительноснижает (на 50% и более) порог отказа электронных компонентов при CBMЭСР по сравнению с порогом отказов при CDM ЭСР. Такое накопление заряда на печатной плате представляет опасность даже для таких мощныхполупроводниковых приборов, как силовые МДП-транзисторы IRF510 и аналогичные в том числе и после того как они уже впаяны а печатную плату.
Вэксперименте имитируется наихудший случай CDM ЭСР, когда разряд происходит непосредственно на затвор МДП-транзистора. Такой вариант развитияЭСР может иметь место в процессе монтажа модулей на печатных платах, иособенно при ремонте и эксплуатации электронной аппаратуры, так как приремонте и эксплуатации меры по предотвращению накопления статическогоэлектричества часто не соблюдаются. Также при ремонте часто перед присоединением транзистора к схеме его выводы не закорачивают, что создаётдополнительную опасность его повреждения при ЭСР.Для оценки вероятности повреждения МДП-транзисторов и прочих полупроводниковых приборов в условиях производства электронной техники107рекомендуется следующая последовательность действий.
Сначала необходимо определить значение статического потенциала, который накапливают печатные узлы в процессе монтажа, хранения, эксплуатации, ремонта. Для контроля величины потенциала, накапливаемого оборудованием, электроннымимодулями и операторами рекомендуется использовать электрометр [66]. Данный прибор прост в эксплуатации и устойчив к перегрузкам, вызываемымошибочными действия оператора.
Данные свойства прибора подтвержденыего испытаниями в условиях сборочного цеха приборостроительного предприятия. Затем необходимо выделить компоненты, чувствительные к статическому электричеству, установленные на данных печатных узлах. Для данныхкомпонентов необходимо выделить массивные печатные проводники, обычносвязанные с цепями питания, с цепями истока транзисторов, цепями заземления и т.д. Для этих проводников необходимо измерить ёмкость на землю.Рекомендуется использовать методику измерения ёмкости без воздействиятоками радиочастоты. Зная ёмкость данных систем печатных проводников,можно построить схемотехническую модель CBM ЭСР подобно схемам нарис.2.1, 2.10 и выявить чувствительность электронных компонентов установленных на плате к CBM ЭСР.
Далее результаты моделирования можно проверить с помощью тестов, используя испытательный стенд, подобный схемена рис.4.2.Увеличение размера печатной платы соответствует увеличению ёмкостипечатной платы, которая накапливает дополнительный статический заряд.Экспериментально подтвердились данные публикации [8] о снижении порогаотказа при ЭСР полупроводниковых приборов при их соединении с печатнойплатой, но универсальной зависимости между порогом отказа электронного компонента и размерами печатной платы для любого типа электронныхкомпонентов не выявлено.
Тем не менее разработанная методика схемотехнического моделирования CBM ЭСР и контроля электростатических потенциа108лов в приборостроительном производстве позволяет выявить потенциальнуюопасность повреждения полупроводниковых приборов в результате ЭСР ипринять меры по устранению статических зарядов.4.3. Программа ESD-MOSFET-calc для приближённогорасчёта порога отказа МДП-транзисторов привоздействии ЭСР.Как было показано в предыдущем разделе, для автоматизации расчётовпорога отказа МДП-транзисторов по приближённой методике целесообразна разработка специализированного ПО.
С данной целью была разработанапрограмма ESD-MOSFET-calc.Программа рассчитывает порог отказа МДП-транзисторов при CDM иНВМ ЭСР в соответствии с методикой приведённой в разделе 2.7. Программа является кроссплатформенной и работает под управлением операционныхсистем Linux и Windows. Внешний вид окна программы показан на рис.4.3Рис. 4.3. Окно программы ESD-MOSFET-calcПрограмма использует интуитивно понятный пользовательский интерфейс. Ввод исходных данных для расчёта (ёмкость затвор-исток транзистора, ёмкость печатной платы, напряжение пробоя подзатворного диэлектрика)производится в соответствующие поля ввода. Результаты расчёта отобража109ются в текстовом виде в нижней части окна. Программа снабжена строеннойсправкой.Алгоритм работы программы в обобщённом виде показан на рис.4.4.
Данный алгоритм понятен из схемы и не требует пояснений.НачалоИнициализацияБесконечный циклОбработкасообщенийДанныеизменилисьВыполнить расчётОбновить результатЗакрытиеприложенияВыход из программыКонецРис. 4.4. Алгоритм программы ESD-MOSFET-calcДля создания данной программы использована среда разработки Qt4[76]. Данное средство разработки относится к к классу программного обеспечения с открытым исходным кодом и предназначена для разработки кроссплатформенных приложений с графическим интерфейсом пользователя наязыке С++.1104.4. Экспериментальная проверка методик контроляэлектростатического потенциала в условияхприборостроительного предприятия4.4.1. Разработка практической схемы измерителяэлектростатических потенциалов с емкостным делителемПрактическая схема контактного измерителя с емкостным делителем может быть построена различными способами.
В ходе исследований была разработана схема контактного измерителя электростатических потенциалов наэлектронных лампах в обращённом режиме. Прототипом разработанной схемы является электрометр на электронных лапах в обращённом режиме [66],описанный в разделе 3.3. Ламповая схемотехника здесь применена с цельюповышения устойчивости электрометра к перегрузкам по входной цепи. Перегрузки по входной цепи могут иметь место при контактной методике измерений, так как электростатический потенциал объекта заранее неизвестени на вход прибора могут попадать импульсные перенапряжения до нескольких киловольт в результате ошибочных действий оператора. По сравнениюс прототипом в разработанном измерителе использован емкостной делительпо входу и подавлен плавающий потенциал второй сетки. Плавающий потенциала второй стеки может приводить к смещению нуля при измерениях [54].Схема электрическая принципиальная разработанного измерителя электростатических потенциалов для промышленного применения показана нарис.4.5Как видно из приведённой схемы, измеритель построен по мостовой схеме на двойном триоде.
Для балансировки моста служит резистор R1. Анодлевого по схеме триода соединён с датчиком. Прибор имеет два входа с различной чувствительностью. Для подключения датчика используется коакси111Вход 1L1L2VL1.1PA1АVL1.2R2Вход 2R1+5В-DA1DA2Рис. 4.5. Схема электрическая принципиальная контактного измерителя электростатических потенциаловальный кабель со сплошной полиэтиленовой изоляцией RG-58.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
