Диссертация (1137175), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В данном случае не только электронный компонент, но и печатная плата, в которую он замонтирован несутстатический заряд и вместе подвергаются разряду. Имеются данные, что происходит снижение порога отказа электронного компонента при CBM ЭСР посравнению с CDM ЭСР. [8, 44].Такое снижение связано с тем, что весь заряд накопленный печатнымипроводниками протекает через вывод электронного компонента. В [8] сообщается, что для печатной платы размерами 12х12 дюймов порог отказа электронного компонента снижается на 74%.
Так если электронный компонентимеет порог отказа при CDM ЭСР 3500 В, то после соединения с печатнойплатой его порог отказа составляет только 900 В. Если плата накапливаетэлектростатический потенциал в 900 В, то при последующем ЭСР компонентотказывает.Целью исследований, проведённых в рамках второй главы было построение схемотехнической модели воздействия CBM ЭСР на электронные компоненты. CBM ЭСР является особой разновидностью CDM ЭСР, поэтомусначала нужно будет построить модель CDM ЭСР.Базовой единицей всей современной схемотехники является полевой транзистор с изолированным затвором (МДП-транзистор). Поэтому особое внимание необходимо уделить вопросу построению модели воздействия ЭСР именнона данный полупроводниковый прибор.Сначала необходимо построить эквивалентную схему воздействия ЭСРна электронный компонент во многовыводном корпусе, а затем провести моделирование данной эквивалентной схемы.
При этом для построения корректной модели необходимо провести анализ существующих средств схемотехнического моделирования.После того, как модель будет построена необходимо провести тестирование электронных компонентов на воздействие ЭСР и сравнить результаты46моделирования и тестирования. На основании полученных результатов можно будет сделать вывод о корректности полученной модели.2.2. Анализ эквивалентных схем воздействия CDM иЭСР на электронный компонент2.2.1.
Эквивалентная схема воздействия CDM ЭСРВопросу построения модели воздействия CDM ЭСР на электронные компоненты, в том числе на интегральные микросхемы (ИМС) посвящены публикации [11, 43]. Алгоритм построения моделей состоит в том, что корпусэлектронного компонента заменяется цепью из связанных емкостей, которыенесут в себе начальный заряд. При контакте вывода ИМС с заземлённымэлектродом эти ёмкости разряжаются и создают импульсные перенапряжения между выводами ИМС.Эквивалентная схема воздействия CDM ЭСР на корпус ИМС показанана рис.2.1.Ёмкость корпуса компонента представляется теперь в виде связанной цепи из емкостей вывода на землю С и емкостей между выводами .Для компонента с выводами ёмкость приближённо можно представить как: = (2.1)Ёмкости между выводами ИМС зашунтированы сопротивлением утечки через кристалл и в формировании заряда на участвуют.
Они влияюттолько на форму тока при переходном процессе. Для упрощения модели можно принять эти ёмкости равными друг другу, так как в дальнейшем будет показано, что зависимости формы тока при переходном процессе от значения4721 Ом19 нГн326 Омшина VSS1шина VDDЗЭ...Вывод ИМСРис. 2.1. Эквивалентная схема CDM-ЭСР. R2 — сопротивление датчика тока; R3 — сопротивление дуги; = 1 − 5 пФ — ёмкость вывода ИМС; = 1 − 5 пФ — ёмкостьмежду выводами ИМС; ≈ 1 МОм — сопротивление утечки между выводами ИМС; ЗЭ— элемент защитный.данных емкостей нерезкие.Все ёмкости на схеме рис.2.1 заряжены до одинакового напряжения , которое достигает нескольких киловольт. Данное напряжение характеризует устойчивость ИМС к ЭСР. Предельным случаем данной схемы являетсядвухвыводной компонент.
В данном случае в схему входят только две ёмкости и одна ёмкость . Если какой либо вывод ИМС соединён с системойпечатных проводников, то параллельно ёмкости вывода ИМС включается ёмкость печатного проводника . Данная ёмкость может достигать десяткови сотен пикофарад и накапливает значительный заряд.
При разряде (заземление верхней по схеме обкладки одного из конденсаторов ) происходитбыстрое перераспределение зарядов между емкостями и весь заряд, накопленный печатной платой проходит на заземлённый вывод ИМС и вызывает48импульсные перенапряжения между выводами.2.2.2. Эквиалентная схема воздействия FCDM ЭСРВоздействие FCDM-ЭСР на электронный компонент может быть промоделировано с использованием средств схемотехнического моделирования,подобных программе PSpice.
Рассмотрим вариант построения модели FCDMЭСР по данным [43]. Эквивалентная схема модели показана на рис.2.2.21 Ом19 нГн131,5 пФ26 Омшина VSS1шина VDDЗЭ316 пФ...Вывод ИМСРис. 2.2. Эквивалентная схема FCDM-ЭСР. R2 — сопротивление датчика тока; R3 — сопротивление дуги; = 1 − 5 пФ — ёмкость вывода ИМС; = 1 − 5 пФ — ёмкостьмежду выводами ИМС; ≈ 1 МОм — сопротивление утечки между выводами ИМС; ЗЭ— элемент защитный.
Остальные обозначения так же как на рис.1.6От предыдущей эквивалентной схемы (рис.2.1) данная экивалентная схема отличается только механизмом формирования заряда на емкостях итем, что при разряде эти ёмкости разряжаются не до конца.Как видно из схемы, ёмкость компонента С на рис.1.6 представляется соединёнными параллельно ёмкостями (их количество равно числу49выводов ИМС ) между выводом ИМС и пластиной. ЁмкостьС междукорпусом микросхемы и пластиной является распределённой и складываетсяиз ёмкостей отдельных выводов на пластину .
Для микросхемы в корпусес выводами можно приближённо принять можно также вычислить её повыражению (2.1)Нижние по схеме обкладки конденсаторов С представляют собой калибровочную пластину. Поэтому заряд распределяется между емкостями равномерно и все эти ёмкости заряжены до одинакового напряжения равного:ИМС = 0 10 1=1 + 1 + (2.2)По окончании переходного процесса на емкостях устанавливается одинаковое напряжение.2.2.3. Эквиалентная схема воздействия CBM ЭСРМодель воздействия CBM ЭСР отличается от модели воздействия CDMЭСР только тем, что параллельно выводу ИМС включается последовательно соединённые эквивалентная ёмкость и индуктивность системы печатныхпроводников, которые соединяются с этим выводом.В зависимости от применяемого метода тестирования (метод прямого заряжения [2] или метод FCDM [27]) применяется эквивалентная схема рис.2.3или 2.2.
На рис.2.3 показана эквивалентная схема CBM ЭСР для случая прямого заряжения.Ключевую роль в формировании тока ЭСР и перенапряжений на элементах защиты здесь играет ёмкость , которая достигает сотен пикофаради накапливает значительный заряд. Эта ёмкость заряжена до напряжениятестирования и несёт заряд = 50(2.3)21 Ом19 нГнЗЭ326 Омшина VDD1шина VSS...Вывод ИМСРис. 2.3.
Эквивалентная схема CBM-ЭСР. — эквивалентная ёмкость системы печатных проводников, связанных с выводом ИМС; — эквивалентная индуктивность системы печатных проводников, связанных с выводом ИМС; Остальные обозначения так жекак на рис.2.1Здесь возможно несколько вариантов развития ЭСР. Самым благоприятным является вариант, когда заземлённый разрядный наконечник касаетсяпечатного проводника. При этом весь заряд накопленный ёмкостью стекает на землю и ток ЭСР течёт в обход ИМС.Самым неблагоприятным является вариант, когда заземляется выводИМС.
При этом заряд стремится стечь на землю и происходит быстрое перераспределение зарядов между внутренними емкостями ИМС. Приэтом заряд создаёт дополнительный ток ЭСР, который течёт через вывод ИМС и создаёт дополнительные перегрузки.Зная параметры корпуса ИМС ( и ) и параметры ПП ( и )и используя ПО для моделирования электронных схем, можно смоделироватьэту эквивалентную схему и узнать величину перегрузок по напряжению, кото51рым подвергается ИМС в результате CBM ЭСР. Ту же самую эквивалентнуюсхему можно использовать и для моделирования CDM ЭСР, исключив из неёэлементы и .2.2.4. Использованные инструменты для моделированияВ качестве инструмента для построения модели была выбрана программа схемотехнического моделирования с открытым исходным кодом Qucs [7,40]. Данная программа основана на вновь разработанном ядре схемотехнического моделирования (разработка совместно с Берлинским институтом высокочастотной техники) и работает под управлением операционных системLinux и Windows.
В данной программе возможно моделирование аналоговыхи цифровых схем, моделирование на постоянном и переменном токе и моделирование переходного процесса. Недостатком программы является разделениеаналогового и цифрового моделирования.Для моделирования импульсов ЭСР необходимо производить моделирование переходных процессов с пикосекундным шагом. Не все программы схемотехнического моделирования могут рассчитывать переходный процесс спикосекундным шагом, что было показано в статье [74]. Предварительно выполненное автором тестирование программы Qucs показало, что в даннойпрограмме возможно производить расчёт переходных процессов с пикосекундным шагом, что и требуется для построения моделей воздействия импульсовЭСР на электронные компоненты. Таким образом, несмотря на то, что программа Qucs относится к классу программного обеспечения с открытым исходным кодом и распространяется бесплатно, в данной программе возможнополучать результаты моделирования сравнимые с теми, что обеспечиваютсякоммерческим программным обеспечением для схемотехнического моделирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
