Die bei einem ESD-Ereignis auftretende 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, außerdem
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 |
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Das Human Body Model
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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.
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Das Charged Device Model
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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 wieder durch die Kapazität und die Aufladung des Bauelements
bestimmt. Durch die sehr kurzen Entladungswege entsteht eine sehr steile
(ca. 0,1 ns/V) 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
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MM-Entladungen treten auf, wenn aufgeladene Anlagenteile mit dem Bauelement in
Kontakt kommen.
Das Machine-Model 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
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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 hinein.
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.
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