Защита электронных устройств от воздействия статического электричества (онлайн)

Курс охватывает следующие профессиональные задачи: 

• обеспечение стойкости электронных устройств к воздействию электростатического разряда (ЭСР), порожденного различными причинами;
• разработка и внедрение схемотехнических и конструкторских решений для повышения стойкости электронных устройств к ЭСР;
• обеспечение защиты электронных устройств от ЭСР при производстве, транспортировке, монтаже и эксплуатации;
• проведение испытаний электронных устройств на стойкость к ЭСР. 

Программа курса направлена на то, чтобы специалист мог в своей профессиональной деятельности: 

• осуществлять сбор, отработку, анализ и систематизацию научно-технической информации по вопросам защиты электронных устройств от ЭСР;
• обоснованно формулировать предложения по совершенствованию конструкции электронных средств в обеспечение требований стандартов по стойкости к ЭСР;
• участвовать в проведении испытаний электронных устройств на стойкость к ЭСР;
• прогнозировать необходимость реализации мер по защите электронных устройств от ЭСР. 

Настоящий курс направлен на то, что после его прохождения инженер будет знать:

• физические основы электростатики и ЭСР;
• механизм и последствия действия ЭСР на электронные устройства;
• способы обеспечения стойкости электронных устройств к ЭСР на схемотехническом и конструкторском уровнях;
• нормативную базу в области измерений стойкости электронных устройств к ЭСР;
• порядок проведения испытаний электронных устройств на стойкость к ЭСР.

Учебно-тематический план

Тема 1. Введение. Физические основы электростатики и ЭСР

1.1. Электростатический заряд и его образование. Накопление, релаксация и нейтрализация зарядов в материалах

Рассматриваются причины возникновения электростатического заряда (ЭСР), его силовые характеристики, трибоэлектрический ряд. Рассматривается процесс заряжения человеческого тела при ходьбе, дается представление о релаксации электростатического заряда.

1.2. Методы измерения основных характеристик статической электризации. Разряд электростатического заряда. Действие статического электричества на проводники и изоляторы

Дается представление о способах измерения характеристик электростатических полей (методы электростатической индукции, емкостного зонда, периодического экранирования). Рассматривается физика разряда электростатического заряда через пробой твердых и газообразных диэлектриков. Рассматривается поведение неполярных и полярных диэлектриков, а также проводников в электростатическом поле.

1.3. Электрофизические последствия действия ЭСР. Способы защиты от статического электричества

В качестве основных последствий рассматриваются формирование и действие на электрические цепи импульсного магнитного и импульсного электромагнитного полей, а также импульса разрядного тока. Дается краткий обзор способов защиты от ЭСР и классификация материалов по отношению к ЭСР.

Тема 2. Действие ЭСР на электронные устройства

2.1. Воздействие электростатических разрядов на электронные устройства. Воздействие ЭСР на элементы электронной аппаратуры

Приводятся примеры такого воздействия. Рассматриваются особенности протекания и составляющие разрядного тока, эффект «случайных антенн». Дается представление о прямом и косвенном действии ЭСР на электронные компоненты и аппаратуру, об основных видах повреждений полупроводниковых приборов, в первую очередь, микросхем. Приводятся соответствующие разным типам повреждений иллюстрации на уроне результатов микроскопии.

2.2. Механизмы электромагнитной связи при ЭСР

Рассматриваются непосредственная связь (через силовые и сигнальные линии, через общее полное сопротивление), через поле ближней зоны (посредством магнитного и электрического полей), связь через излучение. 

2.3. Защита электронных устройств от воздействия ЭСР

Способы защиты рассматриваются на уровне прямого и косвенного действия ЭСР на ЭКБ, отдельные блоки и устройство в целом.

Тема 3. Схемотехнические методы защиты электронных устройств от ЭСР

3.1. Общие принципы. Практика использования ограничителей перенапряжения

Общие принципы схемотехнической защиты от ЭСР рассматриваются на уровне применения помехоустойчивой ЭКБ, ограничения быстродействия, использования схемно-программных методов. Рассматриваются особенности применения для защиты от ЭСР ограничителей отводящего и рассеивающего типа, их типовые схемы и результаты оценки эффективности. Дается представление о типовой элементной базе, применяемой в качестве ограничителей перенапряжения (многослойные металл-оксидные варисторы, кремниевые диодные сборки, лавинные диодные ограничители и т.д.).

3.2. Особенности стойких к ЭСР схемотехнических решений, применяемых в цифровых устройствах. Защита интегральных микросхем

Рассматривается совокупность мероприятий, составляющих стратегию защиты цифровых и аналоговых устройств от ЭСР на схемотехническом уровне. Дается представление о встроенных схемотехнических решениях для защиты от ЭСР микросхем, выполненных по разным технологиям. Представлены типовые решения по схемотехнической защите наиболее распространенных интерфейсов электронных устройств.

Тема 4. Конструкторские методы защиты электронных устройств от ЭСР

4.1. Общие принципы защиты от ЭСР на этапе конструирования

Рассматриваются такие способы, как рациональная компоновка, создание качественного заземления, эффективное экранирование узлов и блоков, ограничение доступа во внутренние объемы аппаратуры, выбор материалов и покрытий корпусов.

4.2. Конструирование печатных плат с повышенной стойкостью к ЭСР

Рассматривается рациональное зонирование, трассировка шин, изоляция печатного узла, организация заземления и линий передачи для полезных сигналов.

4.3. Проектирование защищенной от ЭСР кабельной сети. Рекомендации по проектированию несущих конструкций в части защиты от ЭСР

Рассматриваются особенности электрохимической коррозии как основной причины повышения переходных сопротивлений в экранирующих конструкциях (в т.ч. и кабелях). На основе теории экранирования даются общие рекомендации по проектированию экранирующих конструкций, включая оформление апертур (отверстий).

4.4. Электропроводящие прокладки

Для проводящих прокладок разных типов и из разных материалов рассматриваются основные свойства и случаи применения, варианты и примеры установки экранирующих конструкций с прокладками.

Тема 5. Защита электронных устройств от ЭСР при производстве, транспортировке, монтаже и эксплуатации

5.1. Принципы защиты ЭУ от воздействия ЭСР при ее производстве, транспортировке, монтаже и эксплуатации. Применение средств для снятия статического электричества с тела человека

Рассматриваются мероприятия организационного и технологического характера, включая минимизацию применения диэлектрических материалов и контроль электростатической обстановки. Описываются способы обеспечения стекания зарядов с человеческого тела (использование заземляющей обуви и проводящей одежды, а также штатных средств заземления рабочих мест.

5.2. Защита от ЭСР на этапе сборки и транспортировки. Ионизация воздуха и нейтрализаторы

Рассматриваются повышение влажности воздуха, применение экранирования и нейтрализаторов.

Тема 6. Испытания электронных устройств на устойчивость к ЭСР

6.1. Модели источников ЭСР

Рассматриваются типовые модели формирования ЭСР, соответствующие им схемы замещения и их характеристики, а также модели источников ЭСР, модифицированные для учета конкретных особенностей его возникновения.

6.2. Имитаторы ЭСР, построенные на основе разных моделей

Рассматриваются характеристики имитаторов на основе HBM-модели, ММ-модели, CDM-модели.

6.3. Порядок проведения испытаний электронных устройств на стойкость к ЭСР

Рассматриваются основные положения и схемы проведения испытаний на ЭСР по ГОСТ 30804.4.2-2013 «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний».

Тема 7. Программа контроля над электростатической обстановкой

Рассматриваются цель разработки и область применения такой программы, периодичность контроля средств защиты от ЭСР, порядок ревизии электромагнитной обстановки.