静电放电(ESD)测试模拟

Electrostatic discharge testing is utilized worldwide by electronics manufacturers to determine the ESD susceptibility of their devices. It is extremely difficult to estimate the exact cost of ESD loss annually, but it can safely be stated that ESD requires the development and testing of many hardware prototypes and contributes to a high number of warranty claims and loss of consumer confidence if failure occurs in the hands of the customer. Given the high cost in time and materials associated with ESD hardware testing, the ability to simulate the ESD testing process in XFdtd is extremely valuable, allowing engineers to pinpoint locations susceptible to ESD damage and optimize ESD mitigation during the concept and design stage of product development.

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ESD波形

ESD测试程序和波形模型根据许多组织的标准定义,包括美国国家标准协会(ANSI)、JEDEC和国际电工委员会(IEC)等。  人体模型(HBM)近似于从带电人的指尖到接地装置的放电,而带电装置模型(CDM)是最常见、应用最广泛的静电放电模型,其近似于从带电装置到静电势较低的另一导电物体的放电。  这些测试通常使用静电放电模拟器或静电放电枪进行,以向被测设备(DUT)的各个点施加高速、高压脉冲。 使用XFdtd的用户所定义的波形特性,工程师们可以导入各种测试标准所定义的ESD波形,并使用它们在XFdtd项目中创建ESD电流源。  在此阶段,可以创建和使用静电放电模拟器/静电放电枪模型来激发感兴趣位置的被测器件几何结构,并可以模拟和分析产生的电磁场和电流。

 
 

介质击穿预测

即使对于经验丰富的工程师来说,在测试过程中精确定位ESD故障的位置,在某些情况下,甚至只是确定是否发生了故障,也是非常困难的。 为了解决这一问题,可以在XFdtd中定义材料的介电强度。 材料的介电强度定义了它能承受最大电场,而不会发生介质击穿(即失去绝缘性能)时的强度。 在XFdtd项目中添加材料的介电强度后,可以使用近场传感器在瞬态模拟过程中监测FDTD小区边缘的潜在介质击穿。 在XFdtd模拟的结论中,可以很容易地找到超过介电强度的小区边缘。

 
 

电路元件过压与过流

一般来说,在静电放电测试中,电路元件的故障比介质击穿故障更常见。  为了预测电路元件故障,可以将从电子元件数据表中获得的额定电压和电流输入参数添加到XFdtd的电路元件定义中。  XFdtd模拟完成后,XFdtd的最大组件电压和电流结果对话框将报告超出其额定设计参数的组件。

优化ESD缓解设计

While simulation cannot and should not entirely replace hardware testing, it can provide ESD engineers with insight into probable locations of ESD failure and will allow ESD mitigation designs to be optimized prior to the hardware prototyping stage.  XFdtd’s ability to pinpoint locations at risk of experiencing dielectric breakdown and report circuit components exceeding their design parameters during an ESD event should reduce product development costs and time to market, while improving product reliability and consumer confidence.

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XFdtd ESD测试

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