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

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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。