Neue Verfahren EMV-Parameter von ICs testen

Für Geräteentwickler ist es von großer Bedeutung, die EMV-Eigenschaften des benötigten IC zu kennen. Hersteller von ICs mit guten EMV-Eigenschaften haben Vorteile gegenüber dem Mitbewerber. Aufgabe muss es daher sein, die für die Störfestigkeit und Störaussendung entscheidenden Parameter zu ermitteln.

Für die EMV-Eigenschaften von Geräten spielen neben der Layout- und Gehäusegestaltung die Eigenschaften der eingesetzten ICs eine entscheidende Rolle. Durch die Verringerung der Strukturgrößen, Betriebsspannungen und Schaltschwellen werden die ICs deutlich empfindlicher. Das Nähern und Überschreiten der 100-nm-Welt bewirkt ein Absenken der Störfestigkeit gegenüber früheren ICs. Diese Tendenz spiegelt sich im Geräteverhalten wider. Für Anwender von ICs ist es von Bedeutung, verschiedene IC-Typen anhand ihrer EMV-Parameter vergleichen zu können. Somit ist eine Auswahl des besten IC möglich bzw. kann die Gestaltung des Layouts und des Geräts auf die EMV-Parameter des IC ausgerichtet werden. IC-Hersteller können aus der Kenntnis der EMV-Parameter Rückschlüsse auf das Chipdesign ziehen und auch hier IC-Entwicklungen verbessern.

Heute übliche Testverfahren für ICs

Bei elektronischen Bauelementen (ICs, Transistoren) ist es heute üblich, in der Spezifikation als ESD-Festigkeit einen Wert von einem bis mehreren kV unter Verweis auf das Human Body Model (HBM) anzugeben. Dabei wird ein Kondensator (100 pF) mit einer Prüfspannung aufgeladen und über 1500 Ohm auf den Prüfling entladen. HBM ist in den Normen MIL-STD-883G und in der IEC 801-2 beschrieben. Ein weiteres Testmodell nach gleichem Prinzip ist das Machine Model (MM).

Beide Modelle dienen ausschließlich der Absicherung der Zerstörfestigkeit des IC beim Umgang mit dem Bauteil während Herstellung, Verpackung, Transport und bei der Bestückung. Bei MM- und HBM-Tests ist das Testobjekt grundsätzlich nicht an Spannung angeschlossen, also nicht in Funktion.

Die spezifizierten ESD-Festigkeiten nach dem HBM haben keinen Bezug zum ESD-Verhalten in Funktion. Es ist sogar möglich, dass die für das HBM ausgelegten Schutzmechanismen (ohne Berücksichtigung von Störungen in Funktion) beim funktionellen Störtest Fehler oder Ausfälle des IC erzeugen.

Gegenwärtig wird an EMV-Normen, Prüfverfahren und Grenzwerten für ICs gearbeitet. Die Anforderungen hinsichtlich der EMV für Geräte (Betriebsmittel und Einrichtungen) sind durch Normen, Prüfverfahren und Grenzwerte bereits festgelegt. Die Geräte werden einer ESD- und Burst-Prüfung unterzogen (IEC-Normen 61000-4-2, 61000-4-4). Die Prüfspannungen liegen im kV-Bereich.

Die im Gerät verwendeten ICs und andere Halbleiter sind letztlich die Ursachen für eine Störaussendung und eine mangelnde Störfestigkeit. Die Störaussendung von ICs ist an ihren Schnittstellen messbar. Auf Basis dieser Messungen kann eine Bewertung und Definition der Störaussendung des IC durchgeführt werden. Die Störfestigkeit von ICs ist gering. Die Störschwellen liegen im Volt-Bereich.

Die bei Normprüfungen außen an das Gerät angelegten Impulsspannungen werden auf dem Weg zum IC abgeschwächt. Aus einigen kV außerhalb des Gerätes werden Spannungen von etwa 1 bis 100 V am IC-Pin. Diese Spannungen können die Störschwellen der ICs überschreiten. Daraus folgt, dass gegenüber der Geräteprüfung die Prüfspannungen für ICs nicht im kV-Bereich, sondern im Bereich von 1 bis einigen hundert Volt liegen müssen. Nur in wenigen Ausnahmefällen wird eine höhere Prüfspannung benötigt (Spezialgeräte).