Prüfung und Simulationen elektrostatischer Entladungen

Elektrostatische Entladungstests werden weltweit von Elektronikherstellern eingesetzt, um die ESD-Anfälligkeit ihrer Geräte zu bestimmen. Es ist äußerst schwierig, die genauen Kosten der jährlichen ESD-Verluste zu schätzen, aber man kann mit Sicherheit sagen, dass ESD die Entwicklung und Prüfung vieler Hardware-Prototypen erfordert und zu einer hohen Anzahl von Garantieansprüchen und zum Verlust des Verbrauchervertrauens beiträgt, wenn in den Händen des Kunden ein Fehler auftritt.

Angesichts der hohen Zeit- und Materialkosten, die mit ESD-Hardwaretests verbunden sind, ist die Möglichkeit, den ESD-Testprozess in XFdtd zu simulieren, äußerst wertvoll. Mit den Simulationen der elektrostatischen Entladungsprüfung in XFdtd können Ingenieure die Stellen ermitteln, die für ESD-Schäden anfällig sind, und den ESD-Schutz in der Konzept- und Designphase der Produktentwicklung optimieren.

TVS-Dioden

Integrierte Schaltungen werden im RF Front End (RFFE) von Geräten immer häufiger eingesetzt. Während sie mehr Funktionen unterstützen, werden sie gleichzeitig immer kleiner. Das Ergebnis ist eine erhöhte Anfälligkeit für ESD-Ereignisse und Degradation. TVS-Dioden und andere nichtlineare ESD-Schutzkomponenten schützen die empfindlichen Schaltkreise und leiten die starken ESD-Signale auf Masse um, bevor sie das RFFE erreichen. Die Fähigkeit von XFdtd, transiente EM/Schaltungen gemeinsam zu simulieren, ermöglicht es, diese Bauteile in einer Vollwellenumgebung zu simulieren, in der eine Analyse auf Systemebene durchgeführt werden kann.

Vorhersage des dielektrischen Durchschlags

Selbst für einen erfahrenen Ingenieur kann es äußerst schwierig sein, den Ort eines ESD-Fehlers während der Prüfung zu lokalisieren und in einigen Fällen festzustellen, ob überhaupt ein Fehler aufgetreten ist. Um dieses Problem zu lösen, kann die dielektrische Festigkeit von Materialien in XFdtd definiert werden. Die dielektrische Festigkeit eines Materials definiert das maximale elektrische Feld, dem es standhalten kann, ohne einen dielektrischen Durchschlag zu erleiden (d. h. seine isolierenden Eigenschaften zu verlieren). Wenn man die dielektrische Festigkeit von Materialien zu einem XFdtd-Projekt hinzufügt, ist es möglich, FDTD-Zellenränder während transienter Simulationen mit einem Sensor für dielektrischen Durchschlag in der Nähe des Feldes auf potenziellen dielektrischen Durchschlag zu überwachen. Am Ende einer XFdtd-Simulation können Zellränder, die ihre Durchschlagsfestigkeit überschritten haben, leicht lokalisiert werden.

ESD-Wellenformen

ESD-Prüfverfahren und Wellenformmodelle sind in zahlreichen Normen von Organisationen wie dem American National Standards Institute (ANSI), JEDEC und der International Electrotechnical Commission (IEC) definiert. Das Human Body Model (HBM), das eine Entladung von einer geladenen menschlichen Fingerspitze auf ein geerdetes Gerät annähert, und das Charged Device Model (CDM), das eine Entladung von einem geladenen Gerät auf ein anderes leitendes Objekt auf einem niedrigeren elektrostatischen Potential annähert, sind die gebräuchlichsten und am häufigsten verwendeten ESD-Modelle. Diese Tests werden im Allgemeinen mit ESD-Simulatoren oder ESD-Pistolen durchgeführt, um Hochgeschwindigkeits- und Hochspannungsimpulse an verschiedenen Punkten des zu prüfenden Bauteils (DUT) anzulegen. Mit der Funktion für benutzerdefinierte Wellenformen von XFdtd können Ingenieure ESD-Wellenformen importieren, die von den verschiedenen Teststandards definiert wurden, und sie zur Erstellung von ESD-Stromquellen in ihrem XFdtd-Projekt verwenden. An diesem Punkt können ESD-Simulator-/Pistolenmodelle erstellt und verwendet werden, um die Prüflingsgeometrie an interessanten Stellen anzuregen, und die resultierenden elektromagnetischen Felder und Stromflüsse können simuliert und analysiert werden.

Überspannungen und Überströme von Schaltungskomponenten

Im Allgemeinen treten bei ESD-Tests häufiger Ausfälle von Schaltungskomponenten auf als dielektrische Durchschläge. Zur Vorhersage von Ausfällen von Schaltungskomponenten können den XFdtd-Schaltungskomponentendefinitionen Nennspannungs- und Stromeingangsparameter hinzugefügt werden, die aus den Datenblättern elektronischer Komponenten entnommen werden können. Nach Abschluss einer XFdtd-Simulation werden Komponenten, die ihre Bemessungsparameter überschritten haben, im Ergebnisdialog Max Component Voltages and Currents von XFdtd angezeigt.

Optimieren Sie die ESD-Minderung

Die Simulation kann und soll Hardwaretests zwar nicht vollständig ersetzen, aber sie kann ESD-Ingenieuren einen Einblick in die wahrscheinlichen Stellen von ESD-Fehlern geben und es ermöglichen, ESD-Minderungsdesigns noch vor der Hardware-Prototyping-Phase zu optimieren. Die Fähigkeit von XFdtd, die Stellen zu ermitteln, an denen dielektrische Durchschläge auftreten können, und Schaltungskomponenten zu melden, die während eines ESD-Ereignisses ihre Entwurfsparameter überschreiten, reduziert die Produktentwicklungskosten und die Zeit bis zur Markteinführung, während die Produktzuverlässigkeit und das Vertrauen der Verbraucher verbessert werden.

Zusätzliche Informationen

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XFdtd's Transient EM/Circuit Co-Simulation für TVS-Dioden ESD-Schutz

In diesem Webinar erfahren Sie, wie die transiente EM-/Schaltungs-Cosimulation von XFdtd ESD-Schwachstellen in einem früheren Stadium des Designprozesses effektiv behebt und zukünftige Zertifizierungsrückschläge verhindert.
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Demonstration der Funktionen von XFdtd zum Testen elektrostatischer Entladungen (ESD)

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Co-Simulation von transienten EM/Schaltungen in XFdtd: Ein genauerer Blick auf TVS-Dioden für den ESD-Schutz

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Zeitbereichssimulation von elektrostatischen Entladungsprüfungen

Dieser Artikel aus dem Microwave Journal stellt die ESD-Simulationsfunktionen in Remcoms elektromagnetischem Vollwellen-Simulationspaket XFdtd vor. Erfahren Sie mehr über die Zeitbereichssimulation von ESD-Tests.
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XFdtd simuliert ESD-Tests und ermöglicht es Ingenieuren, potenzielle Stellen und Komponenten zu identifizieren, bei denen dielektrische Durchschläge in ihren Geräteentwürfen auftreten können, bevor die Hardware getestet wird. Wir fassen die Funktionen von XFdtd zur Minderung des ESD-Risikos zusammen.
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