Pruebas y simulaciones de descargas electrostáticas

Los fabricantes de productos electrónicos utilizan en todo el mundo las pruebas de descarga electrostática para determinar la susceptibilidad a la ESD de sus dispositivos. Es extremadamente difícil calcular el coste exacto de las pérdidas anuales por descargas electrostáticas, pero se puede afirmar con seguridad que estas requieren el desarrollo y ensayo de muchos prototipos de hardware y contribuyen a un elevado número de reclamaciones de garantía y a la pérdida de confianza del consumidor si se produce un fallo en manos del cliente.

Dado el alto coste en tiempo y materiales asociado a las pruebas de hardware ESD, la capacidad de simular el proceso de pruebas ESD en XFdtd es extremadamente valiosa. El uso de las simulaciones de pruebas de descargas electrostáticas de XFdtd permite a los ingenieros identificar los lugares susceptibles de sufrir daños por ESD y optimizar la mitigación de ESD durante la fase de concepto y diseño del desarrollo del producto.

Diodos TVS

Los circuitos integrados son cada vez más frecuentes en el frente de RF (RFFE) de los dispositivos. A la vez que aumentan su funcionalidad, también se reduce su tamaño. El resultado es una mayor susceptibilidad a los eventos ESD y a la degradación. Los diodos TVS y otros componentes no lineales de mitigación de ESD protegen los circuitos sensibles y redirigen las señales ESD intensas a tierra antes de que lleguen al RFFE. La capacidad de co-simulación de transitorios EM/circuito de XFdtd permite simular estos dispositivos en el entorno de onda completa, donde puede realizarse el análisis a nivel de sistema.

Predicción de la ruptura dieléctrica

Incluso para un ingeniero con experiencia puede ser muy difícil determinar la ubicación de un fallo de ESD durante las pruebas y, en algunos casos, determinar si se ha producido un fallo. Para solucionarlo, la rigidez dieléctrica de los materiales puede definirse en XFdtd. La rigidez dieléctrica de un material define el campo eléctrico máximo que puede soportar sin experimentar una ruptura dieléctrica (es decir, sin perder sus propiedades aislantes). Al añadir la rigidez dieléctrica de los materiales a un proyecto XFdtd, es posible monitorizar los bordes de las celdas FDTD para detectar una posible ruptura dieléctrica durante las simulaciones transitorias utilizando un sensor de campo cercano de ruptura dieléctrica. Al finalizar una simulación XFdtd, pueden localizarse fácilmente los bordes de celda que hayan superado su rigidez dieléctrica.

Formas de onda ESD

Los procedimientos de ensayo de ESD y los modelos de forma de onda están definidos en numerosas normas de organizaciones como el Instituto Nacional Estadounidense de Normalización (ANSI), el JEDEC y la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI), entre otras. El modelo del cuerpo humano (HBM), que se aproxima a una descarga desde la punta de un dedo humano cargado a un dispositivo conectado a tierra, y el modelo de dispositivo cargado (CDM), que se aproxima a una descarga desde un dispositivo cargado a otro objeto conductor a un potencial electrostático inferior, son los modelos de ESD más comunes y utilizados. Estas pruebas se realizan generalmente utilizando simuladores de ESD, o pistolas ESD, para aplicar pulsos de alta velocidad y alta tensión a varios puntos del dispositivo bajo prueba (DUT). Gracias a la función de formas de onda definidas por el usuario de XFdtd, los ingenieros pueden importar formas de onda ESD definidas por las distintas normas de ensayo y utilizarlas para crear fuentes de corriente ESD en su proyecto XFdtd. En este punto, se pueden crear modelos de simulador/pistola ESD y utilizarlos para excitar la geometría del DUT en los lugares de interés y simular y analizar los campos electromagnéticos y flujos de corriente resultantes.

Sobretensiones y sobrecorrientes de los componentes del circuito

En general, durante las pruebas de ESD se producen con más frecuencia fallos en los componentes de los circuitos que fallos por ruptura dieléctrica. Para predecir los fallos de los componentes de circuito, pueden añadirse a las definiciones de componentes de circuito de XFdtd parámetros de entrada de tensión y corriente nominales, que pueden obtenerse de las hojas de datos de los componentes electrónicos. Al finalizar una simulación con XFdtd, el cuadro de diálogo de resultados Tensiones y corrientes máximas de componentes de XFdtd informa de los componentes que han superado sus parámetros de diseño nominales.

Optimizar la mitigación de ESD

Aunque la simulación no puede ni debe sustituir por completo a las pruebas de hardware, puede proporcionar a los ingenieros de ESD información sobre los puntos probables de fallo de ESD y permitirá optimizar los diseños de mitigación de ESD antes de la fase de creación de prototipos de hardware. La capacidad de XFdtd para identificar los lugares con riesgo de ruptura dieléctrica e informar de los componentes del circuito que superan sus parámetros de diseño durante un evento de ESD reduce los costes de desarrollo del producto y el tiempo de comercialización, al tiempo que mejora la fiabilidad del producto y la confianza del consumidor.

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