시뮬레이션을 통해 휴대폰과 같은 장치의 정전기 방전(ESD)을 테스트하여 전자 부품의 심각한 손상을 방지할 수 있습니다.
겨울에 미국 북동부와 같이 습도가 낮은 곳에서 살아본 경험이 있다면 정전기 방전에 대해 익숙할 것입니다. 이것은 일반적으로 나일론 카펫 위를 걸으면서 받은 정전기로부터 금속 문 손잡이나 난간을 만지면 스파크와 함께 빠르게 지면으로 방전되는 것과 같이 잘 알려진 현상입니다.
이것은 성가시고 불쾌한 경험이지만, 보통 위험하지 않습니다. 그러나 휘발성 가스가 사용되는 산업 환경에서 정전기는 손상을 입거나 폭발을 일으킬 수 있습니다. 또한 보호되지 않은 제조 환경이나 클린룸에서 전자 부품에 심각한 손상을 줄 수 있습니다. 이러한 환경에서는 일반적으로 특정 물질을 피하고, 습도를 조절하며 작업자를 지면에서 근무할 수 있도록 유지시키며 보호합니다. 그러나 앞서 언급한 현상처럼 부품과 장치가 이러한 통제된 환경에서 벗어나 소비자 손에 들어가면 정전기 현상이 일어날 수 있습니다. 여러분의 스마트폰이 손에 있고 여러분 몸에 있는 것과 같은 수준으로 충전되어 있는 것을 상상해 보세요. 이때 문 손잡이에 손을 대면 핸들과 금속 케이스 또는 전화기의 커넥터 포트 사이에서 스파크가 튈 수 있습니다. 제대로 보호되지 않으면 장치가 손상될 수 있습니다.
이러한 현상은 자주 발생하기 때문에 전자 제품 제조업체는 장치의 민감성과 보호 방법에 매우 세심한 주의를 기울여야 합니다. 이는 최근 몇 년 동안 집적 회로 내에서 낮은 작동 전압과 줄어든 회로층 및 접합 크기로 인해 민감도가 증가했기 때문에 더욱 중요해졌습니다. 정전기는 열 관련 손상, 회로층 파괴, 또는 신호장애나 소프트웨어 장애를 유발하는 전자기 간섭을 일으킬 수 있습니다.
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Petteri Aimonen, CC0, via Wikimedia Commons
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정전기 방지 개선 방법이 있습니다. 예를 들어 제너 다이오드(Zener Diodes)를 사용하여 전압 스파이크를 접지면으로 분류하는 것은 장치를 보호하는 중요한 기술 중 하나입니다. 보호 방안을 선택하고 배치한 다음, 다양한 환경 조건에서 테스트하는 것은 전반적인 설계와 인증 과정에서 중요한 단계입니다.
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일반적인 ESD 발생기 및 테스트
테스트 항목 표준 평가 ESD 소스
전자 제품 IEC 61000-4-2 소프트/
하드 오류 인체
자동차 전자제품 ISO 10605 소프트/
하드 오류 인체
전자 부품 IEC 61340-3-1 하드 오류 인체
IEC 61340-3-2 하드 오류 기계
반도체 IEC 60749-26 하드 오류 인체
IEC 60749-27 하드 오류 기계
이러한 표준은 정전기의 물리적 소스로서 인체 정전 용량 및 저항과 금속 발생기 팁의 형상을 모델링하는 정전기 발생장치에 사용되는 회로를 정의합니다.
이 하드웨어를 사용하여 직접 및 다양한거리에서의 비접촉 테스트와, 적용된 다양한 전압, 습도 및 접근 속도와 같은 다양한 환경 조건과 같은 여러 테스트를 수행할 수 있습니다. 이러한 테스트의 모든 순열은 수행하는 데 많은 시간과 비용이 소요됩니다. 특히 일반적인 장치 제조업체가 생산하는 제품 변형 및 지리적 모델의 수와 생성될 수 있는 많은 수의 프로토타입을 고려할 때는 더욱 그렇습니다. 다행스럽게도 물리 기반 컴퓨터 시뮬레이션은 특히 설계 초기 단계에서 테스트를 매우 효과적으로 보완하기 위한 사전 적합성 측정으로 사용할 수 있습니다. 모의 테스트를 통과하면 매우 높은 확률로 실제 테스트도 통과할 수 있습니다. 시뮬레이션은 또한 고장 메커니즘과 전류 흐름에 대한 보기를 제공하고 솔루션 통찰력을 제공할 수 있습니다.
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비접촉식 정전기 발생기 모델
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테스트 대상 장치에 주입되는 전류를 보여주는 3D 필드 그림
SIMULIA CST Studio Suite는 정전기와 같은 일시적인 현상을 모델링하는 세계 최고의 도구입니다. 과도응답 솔버를 사용하여 전압 스파이크를 생성, 전파하고 특화된 메싱 및 재료 모델을 사용하여 형상을 만들고 속도와 정확성을 보장함으로써 설계자는 설계가 어떻게 유지여부에 대해 신속하게 피드백을 얻을 수 있습니다. 접촉 및 비접촉 모델은 모두 개발되었으며 둘 다 IEC 표준을 완벽히 준수하며 물리적 발전기에 사용되는 보정 테스트를 통과했습니다.
SOLIDWORKS와 같은 기존 CAD 워크플로우와 Dassault Systemèmes의 3DEXPERIENCE Platform에서 원활한 통합으로 완벽한 추적 기능과 엔드 투 엔드 라이프사이클 관리를 제공합니다. SIMULIA 고객은 이 모델을 무료로 이용할 수 있습니다.
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