Elektrostatische Entladungen

Ziele

Elektrostatische Entladungen (Electrostatic Discharges - ESD) von Personen und Gegenständen können elektronische Systeme stören oder zerstören. Besonders Halbleiterbauelemente sind empfindlich gegen ESD. Mit speziellen Prüfverfahren können die voraussichtlichen ESD-Belastungen in der Praxis nachgebildet werden.

Um die ESD-Störfestigkeit elektronischer Systeme in frühen Entwicklungsphasen abschätzen zu können, sind leistungsfähige und genaue Simulationsmodelle der gesamten Prüfkette notwendig. Forschungsthemen sind hier:

Individualisierte Modelle für ESD-Prüfmittel
Simulation der Pulsausbreitung auf Platinen und Leitungsstrukturen
Modelle und Methoden für Leitungsentladungen
Modelle für externe Schutzstrukturen (Dioden, Varistoren, Polymere, …)
Modellierung des Hochstrom- und Ausfallverhaltens komplexer ICs
Transiente Felder der ESD

Plot eines Vergleichs zwischen ESD Simulation und ESD Messung

Methoden

ESD-Generator-Modellierung

Die Entladung von einem Menschen wird für die Prüfung meist mit ESD-Generatoren nach IEC 61000-4-2 oder ISO 10605 nachgebildet. Untersuchungen haben gezeigt, dass Testergebnisse signifikant generatorabhängig sein können. Der Grund liegt in kleinen Konstruktionsunterschieden, die innerhalb der durch die Normen vorgegebenen Toleranzen liegen. Individuelle Modelle von Prüfgeneratoren gewinnen somit an Bedeutung. Im Rahmen der Forschungsaktivitäten am Arbeitsgebiet Bordsysteme werden Modellierungstechniken basierend auf speziellen Messverfahren für Prüfmittel untersucht.

Modellierung der ESD-Festigkeit von Halbleitern

Das Verhalten von Halbleiterstrukturen bei ESD-Ereignissen kann mit dem Transmission Line Pulser (TLP) charakterisiert werden. Auf Basis der Messdaten kann das Verhalten für statisches und dynamisches Verhalten einzelner ICs exakt bis hin zum Hochstromverhalten in einem Modell abgebildet werden. In aktuellen Forschungstätigkeiten am AG Bordsysteme wird weiterführend dazu die Modellierung des Ausfallverhaltens bei ESD-Ereignissen untersucht.