Диссертация (1137175), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Наименьшим электрическим зарядом является заряд электрона, равный −1, 6 · 10−19 Кл.В технике обычно электростатический заряд характеризуется через электростатический потенциал объекта ϕ. Он связан с зарядом через ёмкостьобъекта . Потенциал измеряется в вольтах, В. Ёмкость измеряется в фарадах, Ф.ϕ=·(1.1)Электрические заряды взаимодействуют друг с другом. Носителем взаимодействия зарядов является связанное с зарядами электростатическое поле.Не существует электростатических полей, не связанных с зарядами, и не существует электрических зарядов, не окружённых полем.Численной характеристикой электростатического поля является напряжённость поля E. Она определяется через силу F воздействующую в даннойточке поля на пробный заряд [75]:E=F(1.2)Единицей напряжённости поля является вольт на метр, В/м.
Напряжённость поля E — векторная величина. В технике часто рассматривают модульвектора напряжённости поля .Электростатическое поле является частым случаем электромагнитногополя и может быть рассчитано с использованием уравнений Максвелла [18].В электронной промышленности основным путём образования статических зарядов является электризация трением [14, 28, 60, 78]. Образованиезарядов происходит при контактировании и разделении разнородных материалов.
Так например накопление статического заряда происходит при ходь15бе человека по полу или при скольжении электронных компонентов по поверхности контейнера. Электризация сводится к тому, что положительные иотрицательные заряды разделяются, так что на одном материале оказывается избыток положительных зарядов, а на другом — избыток отрицательныхзарядов.В бортовой аппаратуре космических аппаратов основным источникомэлектризации являются потоки высокоэнергетических заряженных частиц(преимущественно электронов), которые проникают сквозь обшивку космического аппарата [46].1.3. Методы испытаний и модели воздействия ЭСР наРЭА1.3.1. Модель тела человека (HBM)В целях моделирования воздействия ЭСР на РЭА и определение реальных порогов чувствительность электронных компонентов практикуется использование моделей воздействия ЭСР на аппаратуру.Исторически впервые была предложена модель тела человека (HumanBody Model — HBM).
С XIX века эта модель использовалась для анализавоспламенения взрывчатых веществ под воздействием ЭСР. Позже эта модель была принята рядом стандартов.Данная модель имитирует разряд от кончика пальца человека на устройство. Типовая электрическая схема имитатора, базирующегося на НВМ —модели показана на рис. 1.2.Номиналы элементов схемы по разным стандартам могут отличаться.Так в некоторых источниках указывается значение ёмкости 200 пФ и сопротивления 1500 Ом. Физический смысл элементов схемы HBM-модели иллю16Рис. 1.2. Типовая электрическая схема имитатора ЭСР на базе HBM - моделистрирует рисунок 1.3.Рис.
1.3. Физический смысл модели HBMКак видно из рисунков 1.2 и 1.3 конденсатор на схеме имитирует ёмкостьтела человека, которая имеет порядок 150 пФ. Резистор 330 Ом имитируетсопротивление цепи разряда. Конденсатор заряжается от источника высокого напряжения через высокоомное сопротивление порядка 10 МОм. Ключимитирует прикосновение человека к компоненту. При его переключении происходит разряд.В испытателях микросхем на воздействие ЭСР компонент помещается вспециальную панель и для наблюдения процесса разряда используется осциллограф. Компонент фиксируется как отказавший если после тестирования он17не более не выполняет соответствующих функций и не соответствует паспортным данным.После завершения тестирования компонеты должны квалифицироватьсяпо классу их устойчивости к ЭСР [60]:1.
Класс 0 — любой компонент, который отказывает после ЭСР с амплитудой более 250 В;2. Класс 1А — любой компонент, который выдерживает испытания ЭСРс амплитудой 250 В, но отказывает после разряда с амплитудой 500 В;3. Класс 1В — любой компонент, который выдерживает испытания ЭСР самплитудой 500 В, но отказывает после разряда с амплитудой 1000 В;4. Класс 1С — любой компонент, который выдерживает испытания ЭСР самплитудой 1000 В, но отказывает после разряда с амплитудой 2000 В;5. Класс 2 — любой компонент, который выдерживает испытания ЭСР самплитудой 2000 В, но отказывает после разряда с амплитудой 4000 В;6.
Класс 3А — любой компонент, который выдерживает испытания ЭСР самплитудой 4000 В, но отказывает после разряда с амплитудой 8000 В;7. Класс 3В — любой компонент, который выдерживает испытания ЭСР самплитудой 8000 В;1.3.2. Модель механизма (MM)Разряд подобный разряду, описываемому HBM-моделью, может происходить от заряженного проводящего объекта, например, металлического инструмента или элемента крепления.
Такой разряд является самым худшимслучаем разряда по HBM-модели и описывается моделью механизма (Machine18Model — MM). Элекрическая схема соответствующая этой модели показанана рис. 1.4Рис. 1.4. Типовая электрическая схема имитатора ЭСР на базе MM - моделиКак видно из схемы здесь отсутствует последовательный резистор 330Ом, но имеется последовательная индуктивность 0,5 мкГн, которая формирует форму колебательного напряжения модели.
Индуктивность косвенно определена через параметры формы сигнала напряжения.После завершения испытаний компоненты должны классифицироватьсяпо классу их устойчивости к воздействию ЭСР:1. Класс А — любой компонент, который отказывает после ЭСР с амплитудой не более 200 В;2. Класс B — любой компонент, который выдерживает ЭСР с амплитудой200 В, но отказывает после разряда с амплитудой 400 В;3. Класс С — любой компонент, который выдерживает ЭСР с амплитудой400 В;1.3.3. Модель заряженного компонента (CDM)В производстве РЭА особенно широко распространён ещё один вариантЭСР.
Компонент может зарядиться например при скольжении вниз по поверхности конвейера. Если затем он прикоснётся к какому-либо металлическому19предмету, например к установочной головке, то произойдёт быстрый разряд.Соответствующая модель известна как СDM-модель или модель заряженного компонента. Разряд в этом случае может быть более разрушительным чемдля НВМ-модели. Хотя продолжительность разряда очень мала (часто менее1 нс), пиковый ток может достигать десятков ампер.Имитаторы CDM ЭСР используются обычно для испытаний микросхем.Чувствительность компонентов к ЭСР согласно CDM-модели зависит от размеров их корпуса: с уменьшением размера корпуса микросхемы она существенно возрастает.Электрическая схема разряда при испытаниях согласно CDM-модели показана на рис. 1.5.разрядный электрод⏞ ⏟211∼100 МОмИсточник9 нГн1 Омтестируемый компонентвысокогодиэлектрикнапряжения заземлённая пластинаРис.
1.5. Модель испытаний на воздействие CDM ЭСР. — распределённая ёмкостькорпуса на землю; R1 — зарядный резистор; R2 — измерительный резистор; L1 — паразитная индуктивностьТакой метод CDM-испытаний называется методом прямого заряжения[2].Порог отказа компонента при CDM ЭСР определяется многими факторами и зависит в том числе и от конструкции корпуса электронного компонента. Конструкция корпуса определяет заряд, который может накопиться в20электронном компоненте. Моделированию CDM ЭСР посвящены публикации[13, 29]. Важной задачей является определение степени изменения порога отказа электронного компонента при CDM ЭСР, если компонент смонтированна печатную плату и затем подвергнут ЭСР.Часто для проведения испытаний на воздействия CDM ЭСР применятся метод FCDM (Field Induced Chrage Device Model) [3].
Схема установкидля FCDM-испытаний показана на рис.1.6. Методика испытаний регламентирована стандартом JEDEC JESD22-C101E [27]. В процессе испытаний вместо тестируемой микросхемы может устанавливаться калибровочный модуль,имеющий вид диска, размеры которого регламентируются стандартом.Разрядная головкаДисковый резистор 1 О1 3Источник1Сопротивление дуги2Тестируемый компонен~100 МОмвысокого1напряИзоляторжения Калибровочная пластинРис. 1.6. Схема установки для FCDM-испытаний.Осциллограмма формы тока при переходном процессе показана на рис.1.7.Осциллограмма заимствована из стандарта [27].Как видно из схемы, тестируемый компонент помещён над поверхностьюпластины, находящейся под высоким напряжением. В результате электростатической индукции тестируемый компонент заряжается до напряжения, близкого к потенциалу пластины.
На эквивалентной схеме испытаний при этомзаряжается ёмкость С2 «тестируемый компонент — калибровочная пласти21Рис. 1.7. Форма тока при FCDM ЭСР с калибровочным модулем. Пиковый ток = 5 −12 , время нарастания < 400 пс, время переходного процесса ≈ 1 нс.на». Разрядная головка выполняется подвижной. Через дисковый резистор1 Ом на ней закреплён игольчатый электрод. Дисковый резистор являетсядатчиком тока и с него снимается сигнал на измерительную аппаратуру. Приконтакте игольчатого электрода разрядной головки с выводом тестируемогокомпонента происходит быстрая перезарядка емкостей и через вывод компонента протекает значительный ток ЭСР, который может повредить компонент.Разработаны различные методики моделирования FCDM ЭСР.
Одна изних приведена в статье [4]. Чтобы выполнить моделирование по методике,приведённой в статье необходимо знать ёмкость системы «тестируемый компонент — калибровочная пластина». Каждому типу тестируемого электронного компонента соответствует собственное значение данной ёмкости.1.3.4. Модель заряженной платыАссоциация ESDA вводит в рассмотрение новый вид ЭСР, который получил название модель заряженной платы CBM (Charged board model) [44].Этот вид ЭСР представляет собой разновидность CDM ЭСР и отличаетсяот него тем, что заряд накапливается электронным компонентом вместе с22печатной платой, на которой он смонтирован.Исследования данного тира ЭСР начались только в 2007-2008 годах ипубликации по данному типу ЭСР немногочисленны.Особенностью данного типа ЭСР является то, что порог отказа электронных компонентов зависит от характеристик печатного монтажа и всегда меньше, чем порог отказа при CDM ЭСР.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
