Thử nghiệm miễn nhiễm phóng điện tĩnh điện (ESD) theo tiêu chuẩn IEC EN 61000-4-2

1. Các biện pháp đối phó và các biện pháp khắc phục cho các sự cố thường gặp trong thử nghiệm miễn nhiễm ESD
1.1 Cơ chế hình thành phóng điện và tác hại của nó đối với các sản phẩm điện tử
Tĩnh điện được hình thành do sự tích tụ các điện tích âm và dương ở hai vật khi hai chất có hằng số điện môi khác nhau cọ xát vào nhau. Đối với cơ thể con người, tĩnh điện tạo ra do ma sát giữa quần áo và da là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự nhiễm điện của cơ thể con người. Khi một nguồn tĩnh điện tiếp xúc với các vật khác, có một dòng điện tích để chống lại hiệu điện thế. Việc truyền tải năng lượng tốc độ cao này sẽ tạo ra điện áp, dòng điện và trường điện từ có khả năng gây hại, đó là xả tĩnh điện.

Trong quá trình sản xuất và sử dụng các sản phẩm điện tử, người vận hành là nguồn tĩnh điện tích cực nhất và có thể tích lũy một lượng điện tích nhất định. Khi cơ thể con người chạm vào các thành phần và thiết bị được kết nối với mặt đất, xả tĩnh điện sẽ được tạo ra. Xả tĩnh điện thường được đại diện bởi ESD. Xả tĩnh điện xảy ra khi các thành phần và thiết bị kết nối với đất bị chạm đất. Xả tĩnh điện thường được đại diện bởi ESD. ESD có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng hoặc sự cố của thiết bị điện tử.

Hầu hết các thiết bị bán dẫn đều dễ bị hỏng do xả tĩnh điện, đặc biệt là các thiết bị LSI dễ hỏng hơn. Có hai loại thiệt hại do tĩnh điện gây ra cho thiết bị, rõ ràng và tiềm ẩn. Những hư hỏng ẩn lúc đó không được nhìn thấy, nhưng thiết bị ngày càng mỏng manh và dễ bị hỏng trong các điều kiện như quá áp và nhiệt độ cao.

Hai cơ chế thiệt hại chính của ESD là hư hỏng nhiệt của thiết bị do nhiệt tạo ra bởi ESD sự cố dòng điện và cách điện do điện áp cao gây ra bởi ESD. Ngoài việc dễ gây hỏng mạch, ESD còn có thể gây nhiễu các mạch điện tử. Có hai cách để can thiệp vào ESD mạch.

Một là phương pháp dẫn truyền. Nếu một phần nhất định của mạch tạo thành một đường phóng điện, nghĩa là ESD được kết nối với mạch trong thiết bị và ESD dòng điện chạy qua đầu vào của chip tích hợp, gây nhiễu.

Một dạng khác của ESD giao thoa là giao thoa bức xạ. Đó là, một dòng điện cực đại được tạo ra cùng với tia lửa điện trong xả tĩnh điện, và dòng điện này chứa nhiều thành phần tần số cao. Điều này tạo ra một từ trường bức xạ và một điện trường, có thể tạo ra sức điện động cản trở trong các vòng tín hiệu khác nhau của các mạch gần đó. Sức điện động nhiễu có khả năng vượt quá mức ngưỡng của mạch logic, gây ra hiện tượng kích hoạt sai. Độ lớn của giao thoa bức xạ cũng phụ thuộc vào khoảng cách của mạch từ điểm phóng điện. Từ trường được tạo ra bởi ESD phân rã với bình phương của khoảng cách. . Điện trường được tạo ra bởi ESD phân rã hình khối với khoảng cách. Khi khoảng cách gần thì điện trường và từ trường đều mạnh. Khi nào ESD xảy ra, các mạch ở các vị trí lân cận nói chung bị ảnh hưởng.

ESD Trong trường gần, chế độ cơ bản của ghép bức xạ có thể là điện dung hoặc cảm ứng, tùy thuộc vào trở kháng của ESD nguồn và máy thu. Trong trường xa, có sự ghép nối trường điện từ.

Tần số trần năng lượng nhiễu điện từ (EMI) liên quan đến ESD có thể vượt quá 1GHz. Ở tần số này, cáp thiết bị điển hình hoặc thậm chí các dấu vết bảng in có thể trở thành ăng-ten thu rất hiệu quả. Do đó, đối với thiết bị điện tử tương tự hoặc kỹ thuật số điển hình, ESD gây ra tiếng ồn ở mức cao.

Nói chung, để gây ra thiệt hại, ESD tia lửa điện phải tiếp xúc trực tiếp với dây dẫn mạch, và việc ghép nối bức xạ thường chỉ gây ra sự cố.

Dưới tác dụng của ESD, các thiết bị trong mạch dễ bị tổn thương hơn ở tình trạng được cấp điện hơn là tình trạng không được đóng điện.

2. Kiểm tra phóng tĩnh điện và các yêu cầu liên quan của sản phẩm điện tử
Các yêu cầu cho Kiểm tra khả năng miễn nhiễm ESD khác nhau đối với các tiêu chuẩn sản phẩm điện tử với các môi trường sử dụng khác nhau, cách sử dụng khác nhau và độ nhạy ESD khác nhau, nhưng hầu hết các tiêu chuẩn này đều đề cập trực tiếp hoặc gián tiếp đến GB/T17626.2- 1998 (không xác định IEC 61000-4-2:1995): “Kiểm tra miễn dịch phóng điện tĩnh điện của Công nghệ Đo lường và Kiểm tra Tương thích Điện từ ”, tiêu chuẩn cơ bản quốc gia về tương thích điện từ, và việc thử nghiệm được thực hiện theo phương pháp thử nghiệm. Sau đây giới thiệu tóm tắt nội dung, phương pháp thử và các yêu cầu liên quan của tiêu chuẩn.

2.1 Đối tượng thử nghiệm:
Tiêu chuẩn này bao gồm các thiết bị, hệ thống, hệ thống con và thiết bị bên ngoài trong xả tĩnh điện môi trường và điều kiện lắp đặt.

2.2 Kiểm tra content:
Có nhiều nguyên nhân khác nhau của xả tĩnh điện, nhưng tiêu chuẩn này chủ yếu mô tả sự tích tụ tĩnh điện của người vận hành thông qua các yếu tố như ma sát trong điều kiện độ ẩm thấp. Yêu cầu miễn nhiễm và phương pháp thử đối với thiết bị điện và điện tử chịu phóng điện trực tiếp từ người vận hành và các vật thể liền kề.

2.3. Mục đích kiểm tra:
Kiểm tra khả năng chống nhiễu tĩnh điện của một thiết bị hoặc hệ thống. Nó mô phỏng: (1) phóng điện của người vận hành hoặc vật thể khi chạm vào thiết bị. (2) Xả người hoặc vật sang vật liền kề.

2.4. Phương pháp thử nghiệm:
Có hai phương pháp thử được quy định trong tiêu chuẩn này: phương pháp phóng điện tiếp xúc và phương pháp phóng điện không khí. Phóng điện tiếp xúc là phương pháp thử ưu tiên và phóng điện không khí được sử dụng khi không thể sử dụng phóng điện tiếp xúc.

Phương pháp phóng điện tiếp xúc: Phương pháp thử nghiệm trong đó các điện cực của máy phát điện thử nghiệm được giữ tiếp xúc với thiết bị cần thử nghiệm và sự phóng điện được kích thích bởi công tắc phóng điện trong máy phát điện.

Phương pháp phóng điện bằng không khí: Phương pháp thử nghiệm trong đó điện cực nạp của máy phát điện thử nghiệm được đưa đến gần thiết bị cần thử nghiệm và thiết bị được thử nghiệm được kích thích phóng điện bằng tia lửa.

2.5 Môi trường thử nghiệm:
Tiêu chuẩn này quy định các điều kiện môi trường để thải khí:
Nhiệt độ môi trường: 15 ℃ ~ 35 ℃, độ ẩm tương đối: 30% ~ 60% RH, áp suất khí quyển: 86kPa ~ 106kPa
Tiêu chuẩn không quy định các điều kiện môi trường cụ thể đối với phóng điện tiếp xúc.

2.6. Triển khai thử nghiệm:
Vị trí thực hiện: Phóng điện trực tiếp được áp dụng cho các điểm hoặc bề mặt mà người vận hành có thể chạm vào trong quá trình sử dụng bình thường của thiết bị được thử nghiệm; phóng điện gián tiếp được đưa vào tấm ghép ngang và tấm ghép dọc.

Phóng điện trực tiếp mô phỏng xả tĩnh điện xảy ra khi người vận hành tiếp xúc trực tiếp với thiết bị được kiểm tra. Phóng điện gián tiếp phóng các tấm ghép ngang và dọc, mô phỏng điều gì xảy ra khi người vận hành phóng điện các vật được đặt hoặc lắp đặt gần thiết bị được thử nghiệm.

Khi phóng điện trực tiếp, phóng điện tiếp xúc là hình thức được ưu tiên; chỉ ở những nơi không thể sử dụng phóng điện tiếp xúc (chẳng hạn như bề mặt được phủ một lớp cách điện, các khe hở trên bàn phím máy tính, v.v.), phóng điện khe hở không khí (không khí) mới được sử dụng để thay thế. Phóng điện gián tiếp: chọn phương pháp phóng điện tiếp xúc.

Điện áp thử nghiệm phải được tăng dần đến giá trị quy định từ thấp đến cao.
Các tiêu chuẩn về sản phẩm hoặc họ sản phẩm khác nhau có thể có các quy định cụ thể về việc thực hiện các thử nghiệm theo các đặc tính của sản phẩm.

2.7 Kết quả kiểm tra:
Nếu kiểm tra phóng điện không thành công, các hậu quả sau có thể xảy ra:
(1) Hư hỏng đối với thiết bị bán dẫn trực tiếp gây ra bởi sự trao đổi năng lượng.
(2) Điện trường và từ trường gây ra bởi sự phóng điện thay đổi, dẫn đến sự cố của thiết bị.

3. Các biện pháp đối phó phóng điện tĩnh điện và các điểm cải tiến cho các sản phẩm điện tử:
Có nhiều cách để giảm tác động của nhiễu điện từ do ESD tạo ra (EMI) lên sản phẩm hoặc thiết bị điện tử: chặn hoàn toàn việc tạo ESD, ngăn EMI (cụ thể là EMI do ESD trong bài viết này) ghép vào mạch hoặc thiết bị, và tăng EMI vốn có của thiết bị thông qua quá trình thiết kế. Miễn dịch ESD.

ESD thường xảy ra trên các vật dẫn điện mà bản thân sản phẩm tiếp xúc với nó, hoặc trên các vật dẫn điện liền kề. Đối với thiết bị, các bộ phận dễ bị phóng điện là: dây cáp, bàn phím, khung kim loại tiếp xúc và các lỗ, lỗ, khe hở trên vỏ thiết bị.

Một phương pháp cải tiến phổ biến là thiết lập các mạch bảo vệ thoáng qua giữa điểm nguy hiểm xảy ra ESD của sản phẩm hoặc điểm nguy hiểm xâm nhập, chẳng hạn như điểm đầu vào và mặt đất, các mạch này chỉ hoạt động khi điện áp cảm ứng ESD vượt quá giới hạn. Mạch bảo vệ có thể bao gồm nhiều đơn vị ngắt dòng điện.

Có nhiều loại mạch có thể đạt được mục đích bảo vệ ESD, nhưng các nguyên tắc sau đây phải được cân nhắc khi lựa chọn và sự cân bằng giữa hiệu suất và chi phí: tốc độ nhanh, được xác định bởi các đặc tính của nhiễu ESD; nó có thể đối phó với sự đi qua của dòng điện lớn; xem xét điện áp quá độ sẽ xảy ra ở cả hai cực âm và dương; hiệu ứng điện dung và điện trở của sự gia tăng tín hiệu được kiểm soát trong phạm vi cho phép; các yếu tố khối lượng được xem xét; các yếu tố giá thành sản phẩm được xem xét.

4. Nguyên tắc chung về biện pháp đối phó của ESD:
(1) Thêm điốt bảo vệ vào các thiết bị CMOS và MOS nhạy cảm;
(2) Chuỗi điện trở hàng chục ohm hoặc hạt ferit trên đường dây tải điện nhạy cảm (kể cả dây nối đất);
(3) Sử dụng công nghệ sơn bề mặt bảo vệ tĩnh điện giúp ESD khó phóng điện vào lõi, đã được chứng minh là rất hiệu quả;
(4) Cố gắng sử dụng cáp được che chắn;
(5) Cài đặt bộ lọc tại giao diện nhạy cảm; cô lập giao diện nhạy cảm nơi không thể cài đặt bộ lọc;
(6) Chọn mạch logic có tần số xung thấp;
(7) Tấm chắn vỏ và tiếp đất tốt

Lisun Instruments Limited được tìm thấy bởi LISUN GROUP 2003. LISUN hệ thống chất lượng đã được chứng nhận nghiêm ngặt bởi ISO9001:2015. Với tư cách là thành viên CIE, LISUN các sản phẩm được thiết kế dựa trên CIE, IEC và các tiêu chuẩn quốc tế hoặc quốc gia khác. Tất cả các sản phẩm đều đạt chứng chỉ CE và được xác thực bởi phòng thí nghiệm của bên thứ ba.

Sản phẩm chính của chúng tôi là Máy đo huyết áp, Tích hợp hình cầu, Máy quang phổ, Surge Generator, Súng giả lập ESD, Bộ thu EMI, Thiết bị kiểm tra EMC, Kiểm tra an toàn điện, Phòng môi trường, Buồng nhiệt độ, Đài Khí tượng Thủy văn, Phòng nhiệt, Thử nghiệm phun muối, Phòng kiểm tra bụi, Kiểm tra không thấm nước, Kiểm tra RoHS (EDXRF), Kiểm tra dây phát sáng và Kiểm tra ngọn lửa kim.

Xin vui lòng liên hệ với chúng tôi nếu bạn cần bất kỳ hỗ trợ.
Khoa công nghệ: Service@Lisungroup.com, Di động / WhatsApp: +8615317907381
Phòng kinh doanh Sales@Lisungroup.com, Di động / WhatsApp: +8618117273997

Tags:ESD61000-2