Bewerten von ESD mit einem Human Body Model

Um die Wirksamkeit eines ESD-Schutz-Modells zu beurteilen, ist es hilfreich ein Stromkreis-Modell zu verwenden, das hilft die Spannungs- und Strom-Stärken, die während eines ESD-Ereignisses entstehen, darzustellen und zu verstehen.

image002-1Es gibt mehrere so genannter “Mensch-Körper-Modelle” für die Beurteilung von ESD – und ein nützliches wird in der Abbildung auf der rechten Seite gezeigt, in dem ein 150 Pikofarad Kondensator mit einer vorgegebenen Spannung aufgeladen wird. Ein Schalter befindet sich zwischen dem Kondensator und einem 330-Ohm-Widerstand, der dann mit dem Bauteil zum Testen verbunden ist (DUT).

Wenn der Schalter geschlossen wird, erfolgt das ESD-Ereignis, das den Kondensator durch den Widerstand und auch durch das Bauteil bei Test entlädt. Dies ist auch das ‘Mensch-Körper-Modell’ das von dem Standard IEC 61000-4-2 verwendet wird. Wie bereits zuvor erwähnt, reicht die Spannung eines ESD-Ereignisses von rund 4.000 bis hin zu ca. 32.000 Volt DC. Zum Zweck der Modellierung von ESD-Ereignissen, ist es üblich, eine repräsentative Spannung von 15.000 Volt zu verwenden.

Bei der Betrachtung des ‘Mensch-Körpers-Modells’, bei dem der Kondensator mit bis zu 15.000 Volt aufgeladen ist, entladen wird durch eine Laserdiode mit dem 330-Ohm-Widerstand des ‘Mensch-Körper-Modells’, ist ersichtlich, dass die Laserdiode eine Stromstärke von mehr als 45 Ampere (!) während der Entladung erfährt. Und eine einfache R/C-Analyse zeigt, dass diese Entladung über einen sehr kurzen Zeitraum von nicht größer als 10 Nanosekunden passiert.

Anforderungen an den ESD-Schutz

Reale ESD Ereignisse wurden im Sub Nanosekundenbereich beobachtet. Daher, um wirksam zu sein, muss ein ESD-Schutz-Mittel auch im Sub Nanosekundenbereich reagieren oder zumindest in einem einstelligen Nanosekundenbereich; und auch eine effektive Frequenz-Bandbreite haben, die von rund 20 MHz bis 1 GHz reicht.

Mit dem ‘Mensch-Körper-Model’ in der Abbildung oben als Leitfaden, ist ersichtlich dass, wenn das ESD-Schutz-Schema als ein passives Mittel implementiert und parallel zur Laserdiode platziert ist, es eine wirksame Impedanz von weniger als 44 Milliohm haben muss, um eine Laserdiode zu schützen, deren absolute maximale Sperrvorspannung 2,0 Volt ist und deren Durchlassrichtung ähnlich ist.

ESD-Polaritäts-Terminologie, wie sie auf dieser Website verwendet wird

Der Begriff “positives-ESD” bedeutet hier elektrostatische Entladung (ESD), deren Spannungs-Polarität dazu neigt in Durchlassrichung eine Laserdiode zu durchströmen. Negatives-ESD, meint ein ESD dessen Spannungs-Polarität dazu neigt in Sperrvorspannungsrichtung eine Laserdiode zu durchfließen.