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EMCとESD対策

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ESD(静電気放電:Electro-Static Discharge)対策とは

ESD対策とは、静電気放電に伴って発生した高電圧パルスが、半導体チップの内部回路を破壊したり、誤動作させてしまったりすることを防止する取り組みのこと。現在、半導体業界で主流になっているMOS(Metal Oxide Semiconductor)デバイスは一般に、静電気放電に弱い。入力ゲートに薄膜の絶縁体を利用しているからで、ここに高電圧パルスが侵入すると絶縁破壊が発生し、最悪の場合、半導体チップが破壊されてしまう。
そこでESD対策では、半導体チップの内部回路に高電圧パルスが侵入しないように、その前段で高電圧パルスを除去する。具体的には、ダイオードやコンデンサ、フィルタなどを使って、高電圧パルスとともに流れ込む電流の高周波成分をグラウンドに流す。こうすることで、パルスの電圧をクランプし、高電圧が内部回路に印加されないようにする。
しかし、半導体チップの微細化とともに、ESD対策が難しくなっているのも事実で、微細化に伴って、MOSデバイスを構成するトランジスタのゲート膜厚が薄くなっているからである。
半導体チップのESD耐性をテストする際に使用するモデルは複数あります。
HBM(Human Body Model)や、CDM(Charged Device Model)、MM(Machine Model)などが代表的な例である。

HBM 体に帯電し、作業者が半導体チップに触れたとき、指を介して半導体チップに放電
する。
MM 製造ラインで使用する工具や治具などに帯電し、それらが半導体チップに接触したときに放電する。
CDM 電子機器の製造工程の中で、プラスチックの袋やトレイなどから滑り落ちたり、引きずられたりしたときに半導体チップ自体が帯電し、その後に製造工程で使用する装置の金属 部に接触したときに放電する。HBMやMMよりも対応が難しい。
その理由は、放電によって発生する高電圧パルスの立ち上がり速度が極めて高い。
つまり、パルスの周波数が高いわけです。立ち上がり速度は、HBMやMMよりも2桁程度高いとされている。

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