Garantire la messa a terra

MULTIMETRI –

Come ottenere un’adeguata misura di resistenza a terra in presenza di tensione di offset, utilizzando il multimetro digitale palmare U1272A di Agilent.

I circuiti integrati di oggi sono progettati con geometrie sempre più piccole e velocità di elaborazione sempre più elevate. Queste caratteristiche di progettazione determinano una maggiore vulnerabilità dei semiconduttori ai danni da scariche elettrostatiche. Le Esd possono essere liberate dall'uomo, dalla movimentazione delle macchine, dal test con tester automatici o da eventi pre-scarica come la frizione prodotta dalle macchine manipolatrici. Le Esd pongono unagrave minaccia a ogni struttura di progettazione e processo di fabbricazione dei circuiti integrati. I costi dei guasti legati alle Esd sono stimati in milioni di dollari
in perdite di fatturato per i produttori di IC ogni anno. Per contrastare le Esd, le aziende si sono dotate di materiali di pavimentazione conduttivi allo scopo di allontanare le scariche elettrostatiche dall'area di lavoro.
Gli operatori che manipolano i circuiti integrati devono indossare speciali indumenti con filamenti conduttivi o cinturini alle caviglie. Per lavorare al banco, gli operatori devono indossare cinturini da polso per garantire la messa a terra. Tuttavia, sulla base delle indagini compiute da esperti in Esd, meno dello 0,10% di tutti i danni documentati deriva realmente dal fatto che il personale privo di messa a terra abbia toccato prodotti sensibili alle scariche elettrostatiche. In altre parole, il 99,9% dei danni da Esd è attribuito a eventi di carica/scarica che si verificano nelle procedure e nelle apparecchiature di produzione. Di conseguenza, il mantenimento dell'integrità della messa a terra riveste un ruolo fondamentale nella riduzione delle Esd.

La resistenza a terra
Nel settore di produzione degli IC, i circuiti elettrici sono connessi a terra per diversi motivi. Le parti esposte in metallo delle apparecchiature sono connesse a terra per evitare il contatto con una tensione pericolosamente elevata in caso di malfunzionamento dell'isolamento elettrico. La messa a terra serve anche a eliminare le scariche di elettricità statica sulla parte in metallo, prima che si giunga potenzialmente alla produzione di scintille.
In un impianto nuovo, le connessioni di messa a terra sul tester possono essere adeguate ma dopo un po' di tempo i cavi possono piegarsi, tendersi e rompersi. La resistenza a terra tenderà ad aumentare. Se non vengono eseguiti adeguati controlli della messa a terra in modo costante, i semiconduttori possono essere danneggiati dalle scariche elettrostatiche. Quindi, qual è un buon valore di resistenza a terra? Idealmente, il valore dovrebbe essere di zero ohm. Nell'ambiente di collaudo degli IC, qualsiasi lettura inferiore a < 1 ohm è considerata buona.

La misurazione della resistenza
Quando si esegue una misura di resistenza a terra, si dovrebbe prendere in considerazione la tensione residua indotta dalla corrente di terra. Persino una piccola tensione di offset da 7 mV può causare deviazioni nelle misure. Con un normale multimetro palmare si dovrebbero eseguire misure di tensione multiple e utilizzare una sorgente di eccitazione di corrente esterna per ottenere un risultato di misura esatto. Ora, il multimetro palmare Agilent U1272A con la nuova funzione Smart Ω semplifica l'intera procedura. Un progettista di circuiti può anche misurare la corrente di perdita servendosi della funzione Smart Ω, invece di dover utilizzare un multimetro ad alta precisione con 1 nA, 0,1 nA o uno shunt di precisione. Smart Ω è una funzione di compensazione di offset che rimuove l'effetto di qualsiasi tensione nel circuito misurato. Dopo aver attivato la funzione Smart Ω, l'Agilent U1272A esegue le due misure di resistenza, una con la sorgente di corrente attiva e una con la sorgente di corrente disattivata. La differenza è poi utilizzata per calcolare la resistenza a terra. Il risultato è visualizzato sullo schermo, mentre
la quantità di corrente di perdita o la tensione di offset è mostrata sul display secondario del palmare.

Come funziona lo Smart Ω?
In ogni misura di resistenza, il multimetro digitale fornisce una corrente di test di 1 mA e poi misura la caduta di tensione nell'unità in prova. La caduta di tensione misurata è poi utilizzata nel calcolo della resistenza. Tuttavia, questa tecnica non è in grado di generare una misura di resistenza precisa con la presenza di tensione residua. È necessario eliminare prima l'offset. La tecnica di compensazione dell'offset prevede due passi.
Passo 1 - La tecnica di compensazione dell'offset esegue una misura di tensione con fornitura di 1 mA al dispositivo in prova. Questa misura calcola la tensione residua, oltre alla caduta di tensione nell'RGND, la resistenza di terra dovuta alla corrente di test da 1 mA.

E = VResiduo + (I * R)
= 7,0 mV + (1 mA * RGND)
= 7,2 mV (misurato)
Nota: La tensione residua è indotta dalla corrente di terra.

Passo 2 - Durante la seconda misura, la sorgente di corrente è spenta per
misurare la tensione residua dovuta alla corrente di terra.

VResiduo = 7 mV (misurato)
VDifferente = E - VResiduo
= 7, 2 mV - 7,0 mV
= 0,2 mV
RGND = VDifferente/corrente di test 1 mA
= 0,2 mV/1 mA
= 0,2 Ω

Solo l'esecuzione del Passo 1 per la misura della resistenza produce una
misura di resistenza con errore offset.

Errore RGND = E/corrente di test 1 mA
= 7,2 mV/1 mA
= 7,2 Ω

Rapporto = Errore RGND/RGND
= 7,2 Ω/0,2 Ω
= 36 volte
A volte, il valore di misura può essere sino a 100 volte più elevato rispetto al valore originale.

Lo strumento per la messa a terra
Un'adeguata messa a terra è l'elemento più importante per la gestione delle scariche elettrostatiche nella produzione e nella manutenzione. Una connessione a terra interrotta può comportare l'esposizione del personale a tensione pericolosa, blocco o malfunzionamento degli apparecchi e danni a componenti sensibili. Solo un continuo monitoraggio della massa può garantire un'adeguata messa a terra in qualsiasi momento. Agilent U1272A, con la sua funzione Smart Ω è lo strumento ideale che consente a tecnici o ingegneri della manutenzione di garantire un'adeguata messa a terra della strumentazione.

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