ESD-Schutz: Fraunhofer-Forscher entwickeln wirksamere Lösungen

Mikroelektronische Bauteile und Systeme werden immer kleiner und komplexer – das stellt auch den ESD-Schutz vor neue Herausforderungen. Fraunhofer-Forscher haben neue Lösungen entwickelt, die genauere und reproduzierbare Messergebnisse liefern, und stellen diese auf der Sensor+Test vor.

14. Juni 2018

Wohl jeder hat schon einmal eine (unangenehme) Erfahrung mit elektrostatischen Entladungen gemacht: Man fasst an den Türgriff und bekommt ohne Vorwarnung „eine gewischt“, nachdem man zuvor über einen Teppichboden gelaufen ist. Damit der Mensch eine solche Entladung spürt, sind um die 3.000 Volt nötig. Halbleiterbausteine, Herzstück aller elektronischer Geräte, die uns im Alltag umgeben, sind da weniger hart im Nehmen: Bei ihnen können schon 30 Volt zu einer Schädigung oder Funktionsbeeinträchtigung führen. Das Bauelement wird damit zwar nicht zwangsläufig unbrauchbar. Oftmals verschieben sich nur bestimmte Parameter, was dann beispielsweise zu einer höheren Stromaufnahme führt. Sie kann die Lebensdauer eines Akkus oder einer Batterie deutlich verkürzen, beispielsweise im Smartphone. Die Gruppe „Analyse und Test“ an der Fraunhofer EMFT beschäftigt sich seit mehr als 20 Jahren mit dem Thema ESD-Schutz und unterstützt Industriekunden aus unterschiedlichsten Brachen bei der Risikoanalyse und der Entwicklung individueller ESD-Schutzstrukturen für Bauteile und Systeme.

Um einzelne Bauteile auf ihre ESD-Festigkeit zu testen, wird in automatisierten Produktionsumgebungen meist das CDM (Charged Device Model) verwendet. Das Problem dabei: Da bei diesem Test mehr oder weniger kontrollierbare Luftentladungen entstehen können, unterliegen die Messergebnisse allerdings Schwankungen und sind nur schlecht reproduzierbar.

Mit dem so genannten Capacitive Coupled Transmission Line Pulsing (CC-TLP) hat die Fraunhofer EMFT eine Messtechnik entwickelt und patentiert, welche eine CDM ähnliche Belastung mit wesentlich höherer Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erlaubt. Das Bauteil wird hierbei zunächst kontaktiert und dann erst der Impuls ausgelöst. Ein weiterer Vorteil des CC-TLP liegt darin, dass die Tests bereits auf Wafern durchgeführt werden können, so dass frühzeitig Schwächen im Hinblick auf ESD erkannt werden.