IEC61000

システムの ESD 認定要件は、IEC 61000-4-2 などの理想的な放電モデルに大きく依存します。 システムへの放電の「IEC ガン」エミュレーション (たとえば、実験室で再現) は、さまざまなテスト電圧レベルに充電された「典型的な」人間による手持ちの金属物体の「典型的な」放電抵抗を表します。 3D フィールド ソルバーおよび節点シミュレーション (たとえば、仮想化されたコンピューター モデルで再現) 方法を適用して、さまざまな構成とテスト条件の比較を迅速化することもできます。

HMM (ヒューマン メタル モデル) は、回路基板に取り付けられた半導体デバイスに最終接触 (図 1) を行う金属物体 (ピンセットなど) で人体を近似するシステムおよびデバイス モデルに対して広く使用されている用語です。 この種の現象を模倣するために開発された ESD 「ガン」 (紛らわしく「シミュレータ」とも呼ばれる) の副産物として、これらの放電は、RF/EMI スペクトル内に相当量の E フィールドと H フィールドを生成し、近くのすべての回路全体に結合する可能性があります。ノード回路モデル内のデバイスだけではありません。 さらに、ガンのコンプライアンスに関する IEC 定義の校正許容範囲は広範囲にわたるため、電流パルス電流 (図 2) および任意の負荷またはクランプに供給される総エネルギー (図 3) に大きな変動が生じる余地が残されています。 もちろん、これにより、ガン間、異なる場所の研究所間、同じ場所での試験日間、およびシステム構成間で、測定された堅牢性と再現性が同様に劇的な変動を引き起こす可能性があります。

図 1: IEC 61000-4-2/ISO10605 ヒューマン メタル モデルの表現

図 2: IEC61000-4-2 銃「エミュレータ」のいくつかのシミュレーション モデル

図 3: 2 オームで供給されるさまざまな銃モデルの総エネルギー

ケーブル放電イベント (CDE) や基板帯電イベント (CBE) など、非常に一般的で破壊的または破壊的な理想的な ESD 放電モデルの他の形式が現場で使用される可能性があります。これらは、同じ充電電圧 (より高い電流) で半導体に対してはるかに破壊的になる可能性があります。立ち上がり時間も速くなります）、HMM/IEC 以外のアプリケーションでより一般的になる可能性があります。 伝送線パルサー (TLP) と IEC テストにおけるコンポーネントのエネルギー関連の故障の間には密接な相関関係がありますが (Besse、Boselli、Smedes を参照)、CDE と CBE の状態、故障モードおよびレベルには大きな違いがあります。

デザイナーはこれほどの不確実性にどう対処するのでしょうか??

幸いなことに、このミスフィット ESD おもちゃの島には正気の橋頭堡が築かれています。 システム効率の高い ESD 設計 (SEED) または SEED 共同設計 (Gossner らを参照) は、システム内で保護対象のデバイスと相互作用する保護デバイスのノード シミュレーションを利用します。 これにより、再現可能な設定の下でさまざまな保護スキームの堅牢性を少なくとも定量的に比較できる仮想特性評価ラボが提供されます。 実験室での検証と妥当性確認を通じて、これらの結果を IEC 61000-4-2 テーブルと現場の両方での堅牢性の最小しきい値と関連付けることも可能です。

ESD設計に対する既存の制限

一次保護回路の設計解析は、多くの場合、ESD 定格 (VESD、IEC61000-4-2 の堅牢性定格など) やクランプ電圧 (VCLAMP など) など、過渡電圧抑制装置 (TVS) デバイスのデータシート パラメーターに基づいています。 ただし、これらのパラメータは通常、回路では決して見られない 1 つの条件下、つまり単独でテストされます。

TVS デバイス (ここでは被試験デバイス (DUT) と呼ばれます) は、保護対象デバイス (DUP) からストライク エネルギーをそらすために常に回路に組み込まれているため、TVS での実際のクランプ電圧は保護対象デバイスでの電圧につながります。 TVS データシートで約束されている内容と異なるストライキ中のデバイス (VDUP)。 DUT によって分流される電流 (ISHUNT) は 100% ではなく、保護されたデバイスへの残留電流 (IRESIDUAL) も 0% ではありません (図 4 を参照)。

図 4: TVS クランプ後の残留電流経路 (DUT) と保護対象の ASIC (DUP) の実際の電流再構成スキャン