Elektrostatische Entladungen (englisch electrostatic discharge, kurz ESD) sind durch große Potentialdifferenzen entstehende Spannungsdurchschläge. Diese Durchschläge (eventuell als Funken sichtbar) bewirken einen kurzen, hohen elektrischen Strom und können zur Zündung von entzündlichen Stoffen führen. Unter ungünstigen Umständen entstehen Brand- und Explosionsgefährdungen sowie Gefährdungen von Personen durch elektrischen Schlag. Andere unerwünschte Folgen elektrostatischer Entladungen sind Schädigungen von elektrischen Komponenten in Geräten. Davon sind besonders Feldeffekttransistoren betroffen.
(Zitat von Wikipedia)
Die reale Welt, in der ICs verwendet werden, ist voller Gefahren. Eine der Hauptcharakteristiken eines Systems ist dessen Zuverlässigkeit unter Bedingungen erheblicher Belastungen. Die Immunität von auf ICs basierenden Systemen gegenüber elektrostatischen Entladungen mit hohen Spannungen ist eine der wichtigsten Anforderungen.
Es gibt viele Möglichkeiten, Chips auf ihre ESD-Beständigkeit zu testen. Typischerweise erfordert dieser Prozess die Verwendung von Messinstrumenten. Eine mögliche Kombination von Messgeräten zur Durchführung eines solchen Tests wird unten beschrieben.
Ein typisches Szenario, das wir bei Computer Controls durchgeführt haben, ist das Testen der Volt-Ampere-Kennlinien jedes einzelnen Pins eines ICs vor und nach dem ESD-Stresstest. Zu diesem Zweck wurde eine spezielle Leiterplatte verwendet, auf der jeder Pin separat für den Test abgeleitet ist. Als Testobjekt wurde ein High-Side-Treiber-IC ausgewählt, der Netzteilpins, digitale und analoge Ein- und Ausgänge hat. Somit können wir sagen, dass dies einer der typischen Fälle ist.
Für die Durchführung der Volt-Ampere-Tests wurden folgende Geräte ausgewählt:
- Eine kompakte Präzisionsquelle/Messgeräte-Einheit (SMU) B2901A von Keysight → Nachfolgemodell: B2901B
- DAQ970A Data Acquisition System von Keysight
- DAQM900A 20-Kanal-Festkörper-Multiplexermodul für DAQ970A, um manuelles Umschalten der IC-Pins zu vermeiden und identische Messbedingungen zu gewährleisten
- Keysight BenchVue DAQ Software zur Verwaltung des Testablaufs.
Das B2901A von Keysight ist eine Ein-Kanal-Quelle/Messgeräte-Einheit (SMU) mit einer minimalen Quellauflösung von 1 pA / 1 μV, einer minimalen Messauflösung von 100 fA / 100 nV und einer maximalen Ausgangsleistung von 210 V, 3 A Gleichstrom. Es verfügt auch über einen eingebauten arbiträren Wellenformgenerator und Digitalisierungsfähigkeiten im Intervall von 20 μs.
Das DAQ970A Data Acquisition System von Keysight verfügt über ein 6½-stelliges (22-Bit) internes DMM, das bis zu 450 Kanäle pro Sekunde mit einem Festkörper-Multiplexermodul (in unserem Fall haben wir das 20-Kanal-DAQM900A-Festkörper-Multiplexermodul verwendet) scannen kann. Es kann Thermoelemente, RTDs und Thermistoren, AC/DC-Spannungen und Ströme, Widerstand, Frequenz/Periode, Diodentest und Kapazitätsmessung über den eingebauten Signalwandler messen. Gemessene Daten werden im nichtflüchtigen Speicher gehalten, wenn die Stromversorgung entfernt wird.
Das DAQM900A-Festkörper-Multiplexermodul, das wir für Tests verwendet haben, hat 20 Kanäle und kann in Zwei- und Vier-Draht-Scan-Modi bis zu 450 Kanäle pro Sekunde scannen. Es kann Signale bis zu 120 V messen und verwendet eine eingebaute Thermoelement-Referenzverbindung.
Vor der Durchführung des ESD-Stresstests wurden die Volt-Ampere-Kennlinien aller Pins des ICs gemessen. Mit der Verwendung dieses Werkzeugsatzes und eines Laptops mit der installierten BenchVue-Software verursachte dies keine Schwierigkeiten.
Genau die gleichen Messungen wurden nach Abschluss der ESD-Stresstestaktion durchgeführt. Durch den Vergleich dieser Messungen vor und nach dem Test war es möglich zu verstehen, wie immun der getestete IC gegenüber ESD war.
Die angelegten Spannungen reichten von Null bis zu den maximal möglichen Spannungen gemäss den in der IC-Datenblatt beschriebenen Herstellerspezifikationen. Die Werte von Ein- und Ausgangsströmen wurden mit den Werten im Datenblatt verglichen. Sie können Beispiele einiger gemessener Volt-Ampere-Kennlinien in den Bildern sehen.
Als Ergebnis kamen wir zu dem Schluss, dass dieser IC vollständig den in der Dokumentation beschriebenen ESD-Immunitätsparametern entspricht.
Natürlich ist dieser beschriebene Satz von Testwerkzeugen nicht der einzige mögliche. Aber dank der Kombination aus einer präzisen Spannungsquelle, Spannungs- und Strommesser und einem Daten-Erfassungssystem, kombiniert mit der benutzerfreundlichen BenchVue DAQ-Software von Keysight, wurde dieser Test schnell, einfach und sehr genau durchgeführt.
Computer Controls, als autorisierter Keysight-Partner, ist in der Lage, jedes Test- oder Forschungslabor mit der notwendigen Messausrüstung auszustatten, um die genauesten und komfortabelsten Messungen zu gewährleisten.
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