CEI 61000

Les exigences de qualification ESD pour les systèmes reposent largement sur des modèles de décharge idéaux tels que la CEI 61000-4-2. L'émulation « IEC Gun » (par exemple, reproduite en laboratoire) de la décharge dans un système représente une résistance de décharge « typique » d'un objet métallique tenu à la main par un humain « typique » qui est chargé à différents niveaux de tension de test. Les méthodes de résolution de champ 3D et de simulation nodale (par exemple, reproduites dans un modèle informatique virtualisé) peuvent également être appliquées pour accélérer la comparaison de différentes configurations et conditions de test.

HMM (modèle métallique humain) est un terme largement utilisé pour désigner les modèles de systèmes et de dispositifs qui se rapprochent d'un corps humain avec un objet métallique (tel qu'une pince à épiler) établissant le contact final (Figure 1) avec un dispositif semi-conducteur installé sur une carte de circuit imprimé. En tant que sous-produit des « pistolets » ESD (également appelés « simulateurs ») développés pour imiter ce type d'événement, ces décharges créent d'importants champs E et H dans le spectre RF/EMI qui peuvent se coupler dans tous les circuits à proximité. et pas seulement les appareils du modèle de circuit nodal. De plus, la large gamme de tolérances d'étalonnage dans la définition CEI pour la conformité des pistolets laisse place à des variations considérables des courants d'impulsions de courant (Figure 2) et de l'énergie totale délivrée à une charge ou une pince arbitraire (Figure 3). Bien entendu, cela peut créer des variations tout aussi spectaculaires dans la robustesse et la répétabilité mesurées entre les pistolets, entre les laboratoires situés dans des endroits différents, entre les dates de test au même endroit et entre les configurations du système.

Figure 1 : Représentation du modèle humain en métal CEI 61000-4-2/ISO10605

Figure 2 : Plusieurs modèles de simulation d'« émulateurs » de pistolet IEC61000-4-2

Figure 3 : Énergie totale de différents modèles de pistolet délivrée sous 2 ohms

D'autres formes de modèles de décharge ESD idéaux très courants et destructeurs ou perturbateurs sont probables dans le domaine, tels que les événements de décharge de câble (CDE) et les événements de carte chargée (CBE) qui peuvent être beaucoup plus destructeurs pour les semi-conducteurs aux mêmes tensions de charge (courant plus élevé). et temps de montée plus rapide), et peut être plus répandu dans une application autre que HMM/IEC. Bien qu'il existe des corrélations étroites entre les défaillances liées à l'énergie des composants dans les tests des impulsions de ligne de transmission (TLP) et CEI (voir Besse, Boselli et Smedes), il existe de grandes différences dans les conditions, les modes et les niveaux de défaillance CDE et CBE.

Comment un designer fait-il face à autant d’incertitude ?!?

Heureusement, il existe une tête de pont de bon sens taillée sur cette île de Misfit ESD Toys. La conception ESD efficace pour le système (SEED) ou la co-conception SEED (voir Gossner, etal.) utilise la simulation nodale des dispositifs de protection interagissant avec les dispositifs qu'ils sont censés protéger dans un système. Cela fournit un laboratoire de caractérisation virtuel où divers schémas de protection peuvent être comparés au moins de manière quantifiable en termes de robustesse dans des paramètres reproductibles. Il est également possible, grâce à une vérification et une validation en laboratoire, d'associer ces résultats à un seuil minimum de robustesse à la fois sur le tableau CEI 61000-4-2, mais également sur le terrain.

Limites existantes pour la conception ESD

L'analyse de la conception des circuits de protection de premier ordre est souvent basée sur les paramètres des fiches techniques des dispositifs de suppression de tension transitoire (TVS), tels que les classifications ESD (VESD, indice de robustesse IEC61000-4-2, etc.) et la tension de serrage (VCLAMP, etc.). Cependant, ces paramètres sont généralement testés dans une condition qu’ils ne verront jamais dans un circuit : par eux-mêmes !

Étant donné que les appareils TVS (appelés ici appareils sous test, ou DUT) sont toujours inclus dans un circuit afin de détourner l'énergie de frappe d'un appareil sous protection (DUP), la tension de serrage réelle au niveau du TVS conduit à une tension au niveau du périphérique protégé. périphérique (VDUP) lors d'une grève qui n'est pas la même que ce qui pourrait être promis sur la fiche technique du TVS. Le courant dérivé par le DUT (ISHUNT) n'est pas de 100 %, et le courant résiduel dans l'appareil protégé (IRESIDUAL) n'est pas non plus de 0 % (voir Figure 4).

Figure 4 : Analyse de reconstruction du courant réel du chemin de courant résiduel après la pince TVS (DUT) et l'ASIC à protéger (DUP)