電子機器の静電気耐性改善に要するESD保護素子モデリング技術の発展

开发提高电子设备的静电耐受性所需的ESD保护元件建模技术

• 批准号: 22K04623
• 负责人: 吉田 孝博
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04623/
• 关键词: 静電気放電; ESD保護素子; TVSダイオード; 静電気耐性; ESDストレスシミュレーション

本研究は、電子機器の静電気耐性改善のために電子機器に多く実装される静電気放電(ESD)保護素子に対して、同一仕様の保護素子間の特性や保護性能の差までも表現できる、保護素子の計測・評価技術、ならびに保護素子のモデリング手法の実現が目的である。本研究は、動的応答特性モデリングの高精度化と実用化に向けた検討として、2022年度からの3年間で(1)動的応答特性モデリング手法の改良ならびに他種の保護素子への対応と、(2)モデリング手法の精度改善に伴うESDストレスシミュレーションの精度改善効果の検証を行う計画である。2022年度には上記(1)について研究を進めた。この中で、モデリング手法の改良に必要となる、保護素子の動的応答特性と静特性との関係性についての検討を行った。この検討は、仕様が酷似した４種類のTVSダイオードにおいて、LCRメータで実測した静電容量・インダクタンス、ならびにベクトルネットワークアナライザ(VNA)とバイアスティで保護素子に電圧を印加した状態で測定する我々の方法を用いて得たTVSダイオードの動作時・非動作時の周波数特性と、ESDガンでTVSダイオードにESDを印加してオシロスコープで実測した電圧応答波形との関係を調査した。その結果、下記の4点が判明した。(i)ESDの印加開始直後の電圧上昇前に数nsの応答遅れがあり、その時間は素子で異なる。この時間は素子の静電容量と正の相関がある。(ii)クランプ動作開始までの過渡領域の電圧上昇の傾きは、静電容量が小さいほど大きい。(iii)クランプ動作終了後、応答電圧低下部分の電圧の傾きは、静電容量が大きいほど小さい。(iv)保護素子の非動作時のディップ周波数と動的応答速度には正の相関がある。これらの成果は、動的応答特性モデリングを改良するために必要となる、有効かつ重要な基礎データならびに知見である。

本研究重点关注电子设备中经常采用的静电放电（ESD）保护元件，以提高其抗静电能力，目的是实现器件测量和评估技术以及保护器件的建模方法。这项研究将从2022年开始为期三年，旨在提高动态响应特性建模的准确性和实际应用，（2）我们计划通过以下方式验证提高ESD应力模拟准确性的有效性。提高建模方法的准确性。 2022年，我们将推进上述（1）的研究。在本研究中，我们研究了保护元件的动态响应特性和静态特性之间的关系，这对于改进建模方法是必要的。本研究使用规格非常相似的四种 TVS 二极管，使用 LCR 表实际测量的电容和电感，并使用矢量网络分析仪 (VNA) 和偏置 T 形接头向保护元件施加电压。我们研究了使用我们的方法获得的 TVS 二极管在工作和非工作期间的频率特性与使用 ESD 枪对 TVS 二极管施加 ESD 后通过示波器测量的电压响应波形之间的关系。结果发现以下四点。 (i) ESD施加开始后，在电压上升之前有几纳秒的响应延迟，该时间根据元件而不同。这个时间与元件的电容呈正相关。 (ii)电容越小，直到钳位动作开始为止的瞬态区域的电压上升的斜率越大。 (iii)在钳位操作完成之后，响应电压降部分中的电压的斜率随着电容的增加而变小。 (iv)保护元件不工作时的跌落频率与动态响应速度呈正相关。这些结果为改进动态响应特性建模提供了有效且重要的基础数据和知识。