Charakterisierung und Modellierung der ESD-Zerstörfestigkeit von integrierten Schaltungen unter Berücksichtigung verschiedener ESD-Ausfallmechanismen

Abstract

Die ESD-Zerstörfestigkeit von einem 8-Bit Mikrocontroller und einem Audio-IC für tragbare Multimedia-Geräte wurde untersucht. Es wurde gezeigt, dass die UI-Kennlinien beider ICs im Vergleich zu ICs für Kfz-Anwendungen sich stark unterscheiden. Die Durchbruchspannung ist sehr gering. Trotz dieser Unterschiede wurde mit hoher Wahrscheinlichkeit ein thermischer Ausfall als ESD-Fehler nachgewiesen. Die ESD-Ausfalldetektion über die Eingangskennlinie stimmte mit einem Ausfallnachweis durch eine Funktionsüberprüfung überein. Eine Teil-Funktionalität kann aber auch nach Veränderung der Eingangskennlinie erhalten bleiben. Die Modellierung mit Kennlinienfunktionen wurde an den untersuchten ICs durchgeführt und in verschiedenen Aufbauten validiert. Anhand eines Demonstrators wurde gezeigt, dass trotz einer geringen Durchbruchspannung die System-ESD-Festigkeit unter Einsatz von Schutzelementen wie Multi- Layer-Varistoren deutlich erhöht werden kann. Es wurde auch nochmals deutlich gezeigt, dass das Zusammenspiel aller relevanten Komponenten und nicht die Einzelperformance für die ESD-Zerstörfestigkeit auf Systemebene ausschlaggebend ist. Die hier weiterentwickelte Simulationsmethodik ist in der Lage, dieses Zusammenspiel zu reproduzieren und ein Design bereits in der Entwicklungsphase ESD-sicher zu gestalten.