Entladungsmodelle

Die bei einem ESD-Ereignis auftretenden kurzzeitigen, jedoch sehr hohen Spannungs- und Stromspitzen sind die primäre Ursache für Bauelement-Schäden.
In der Vergangenheit wurde hauptsächlich der Mensch als Verursacher von ESD-Schäden betrachtet. Tatsächlich ist es aber so, dass auch aufgeladene Bauteile selbst und Maschinen- und Anlagenteile als Quelle von ESD in Betracht kommen.
Die Entladungsmechanismen werden durch verschiedene Modelle beschrieben:

HBM Human Body Model
CDM Charged Device Model
MM Machine Model
CBM Charged Board Model


  Das Human Body Model
HBM-Entladungen treten auf, wenn sich durch Schrittspannung oder Kleiderreibung aufgeladene Personen über leitfähige Strukturen des Bauelements entladen. Das HBM-Model beschreibt die Entladung eines aufgeladenen Menschen über den Halbleiter zur Erde.
Das Ersatzschaltbild geht von einer Kapazität von 100 200 pF und einem Entladewiderstand von 1,5 kOhm aus. Der Spitzenstrom wird von der Ladespannung und vom Entladewiderstand bestimmt, die Impulsdauer von der Körperkapazität und vom Entladewiderstand.
Die Impulsanstiegszeit wird im wesentlichen durch die Entladekreisinduktivität beeinflußt. Standards gehen von 2ns - 10ns aus. Die Stromamplitude einer auf 1kV aufgeladene Person erreicht in der Spitze ca 1 A.


  Das Charged Device Model
CDM-Entladungen treten auf, wenn aufgeladene Bauelemnte mit leitenden Teilen des Fertigungsequipments in Kontakt kommen. Das CDM-Model beschreibt Entladungen eines Bauteils gegen Masse und eine leitfähige Maschinen- oder Werkzeugkomponente. Hierbei ist die Kapazität der Komponente wesentlich, eine Erdung ist nicht erforderlich. CDM-Ereignisse treten häufig bei der automatischen Verarbeitung von Halbleiterbauelementen auf. Das Ersatzschaltbild geht von einer Kapazität bis 15 pF und einem Entladewiderstand von 0-10 Ohm aus. Die Entladestromkurve wird durch die Kapazität und die Aufladung des Bauelements bestimmt. Durch die sehr kurzen Entladungswege entsteht eine sehr steile (ca. 0,1 ns) und kurze Stromamplitude (ca. 1-2 ns). Sie erreicht bei einer Aufladung von 1kV in der Spitze einen Strom von 20 A.



  Das Machine Model
MM-Entladungen treten auf, wenn aufgeladene Anlagenteile mit dem Bauelement in Kontakt kommen. Das MM beschreibt die Entladung eines aufgeladenen Maschinenteils oder eines Gegenstands über den Halbleiterbaustein nach Masse. MM-Ereignisse treten häufig in automatischen Fertigungslinien bei der Verabreichung von Halbleiterbauelementen auf.
Das Ersatzschaltbild geht von einer Kapazität bis 200 pF und einem Entladewiderstand von 0 100 Ohm aus.



  Das Charged Board Model
Lädt sich während der Baugruppenmontage oder der Systemherstellung die gesamte Baugruppe auf und wird dann in eine Messvorrichtung oder den Steckplatz des Systems eingesteckt, kommt es zur Entladung gegen Masse oder in die Kapazität der Messvorrichtung bzw. des Systems.
Das Entladungsschaltbild geht von einer Kapazität von 50pF bis ca. 200pF, einer von der Boardbeschaltung abhängige Eigeninduktivität und einem ohmschen Widerstand des Entladungspfads von 0-10Ω aus. Aufgrund des geringen Entladungswiderstands ergibt sich eine bedämpfte Stromschwingung mit einer sehr steilen und sehr hohen Amplitude. Bei einer Aufladespannung von 1kV werden durchaus 20A Entladestrom erreicht.