시뮬레이션이 정전기 방전에 도움을 주는 법

시뮬레이션이 정전기 방전에 도움을 주는 법

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.

Petteri Aimonen, CC0, via Wikimedia Commons

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.

일반적인 ESD 발생기 및 테스트

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.

비접촉식 정전기 발생기 모델

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.