Wirksamkeit von mehrschichtigen Keramikkondensatoren zum Schutz vor elektrostatischer Entladung

Eine einfache Technik zum Umgang mit ESD kann durch die Montage von mehrschichtigen Keramikkondensatoren (MLCC) an den E/A-Anschlussstiften der Leiterplatte, die den ESD-Eintrittspunkt darstellen, erreicht werden. EMC-Ingenieure empfehlen die Verwendung von 0603-MLCCs, die in unmittelbarer Nähe zu jedem Anschlussstift platziert werden, was eine Montagestrategie mit niedriger Induktivität für die PCB-Leiterbahnen und Durchkontaktierungen vorschreibt. Bei der Auswahl von MLCC mit Oberflächenmontagetechnologie (SMT) für den ESD-Schutz von I/O-Pins geben Ingenieure den ESD-Kondensatorwert, seine DC-Spannungsnennleistung und eine Auswahl an Technologie (X7R oder C0G) an. MLCC wird als ESD-Bypass- oder Shunt-Gerät verwendet, um den ESD-Strom zur Erde umzuleiten. ESD-Schutzgeräte sollten eine ESD-Abschwächung bewirken und keine Verschlechterung aufweisen, während gleichzeitig die ESD-Robustheit über die gesamte Lebensdauer eines Produkts erhalten bleibt. Dennoch zeigt die Post-ESD-Untersuchung von 0603-MLCCs mit kleiner Stellfläche schwerwiegende strukturelle Schäden, die sich elektrisch in einer dramatischen Änderung der Impedanzeigenschaften bemerkbar machen. Dies stellt eine wesentliche Abweichung von einem Kondensator vor ESD dar und führt zu übermäßigem Niederfrequenzverlust und Funktionsstörungen.

Elektrostatische Entladung (ESD) ist eines der größten Zuverlässigkeitsprobleme in der Elektronikschaltungsindustrie. Typischerweise sind in der Industrie für integrierte Schaltkreise (IC) ein Drittel bis die Hälfte aller Feldausfälle (Kundenretouren) auf ESD zurückzuführen. Da ESD-Schäden in neueren Technologien aufgrund der höheren Anfälligkeit kleinerer Schaltkreiskomponenten immer häufiger vorkommen, gab es entsprechend mehr Bemühungen, ESD-Ausfälle durch Modellierung und Analyse zu verstehen. Hersteller integrierter Schaltkreise stellen Informationen zu ESD-Tests zur Verfügung. Allerdings sind die ESD-Daten zu Standards auf IC-Ebene (Human Body Model (HBM), Charged Device Model (CDM), Machine Model (MM) und Latch-up-to-the-System-Tests) oft verwirrend.

Das Design robuster ESD-Schaltkreise bleibt eine Herausforderung, da ESD-Fehlermechanismen immer akuter werden, je kleiner die kritischen Schaltkreisabmessungen werden. Leiterplattendesigner werden durch die Fähigkeit, stark überlastete Leiterplatten zu entwerfen und ESD-Anforderungen zu erfüllen, zusätzlich eingeschränkt. HBM bietet viele Einblicke in das Geräteverhalten während eines ESD-Ereignisses [1,2].

Ein ESD-Ereignis ist die Übertragung von Energie zwischen zwei Körpern mit unterschiedlichem elektrostatischem Potenzial, entweder durch Kontakt oder über eine ionisierte Umgebungsentladung (einen Funken). Diese Übertragung wurde in verschiedenen Standardschaltungsmodellen modelliert, um die Konformität von Gerätezielen zu testen. Die Modelle verwenden typischerweise einen auf eine bestimmte Spannung aufgeladenen Kondensator und dann eine Art strombegrenzenden Widerstand (oder eine Umgebungsklimaanlage), um den Energieimpuls auf das Ziel zu übertragen.

Um die ESD-Tests auf Modulebene zu erfüllen, wurden verschiedene Methoden und Techniken auf Leiterplatten implementiert und untersucht. Eine wirksame Technik besteht darin, diskrete Rauschentkopplungskomponenten oder Filter in komplexe CMOS-basierte IC-Produkte einzubauen, um die elektrische Übergangsspannung (Energie) im Rahmen des ESD-Tests auf Systemebene zu entkoppeln, zu umgehen oder zu absorbieren [3]. Zur Verbesserung von ESD-Stresstests auf Systemebene können verschiedene Arten von Rauschfilternetzwerken eingesetzt werden, darunter Kondensatorfilter, Ferritperlen, Transient-Voltage-Unterdrücker (TVS), Metalloxid-Varistor (MOV) und LC-Filter 2. Ordnung oder π-Abschnitt 3. Ordnung Filter.

Mehrschichtige Keramikkondensatoren (MLCC) werden als ESD-Bypass-Mechanismus an den Anschlussstiften elektronischer Steuermodule eingesetzt. Ein Kfz-Steuermodul erfordert möglicherweise die Verwendung eines einzelnen High-Density-Steckverbinders mit einer Pin-Dichte von mehr als 200. In einer typischen Anwendung stellt ein Steckverbinder dem Designer möglicherweise eine Matrix von 4 x 50 (4 Reihen mit 50 Pins pro Reihe) zur Verfügung ) in einem dicht überfüllten PCB-Immobilienbereich. Um den ESD-Schutz für jeden einzelnen I/O-Pin am Anschluss bei stark überlasteten Leiterplattenflächen zu gewährleisten, empfehlen Designingenieure die Verwendung von MLC-Kondensatoren des Typs 0603. In den meisten Anwendungen sind MLC-Kondensatoren, die zum ESD-Schutz verwendet werden, für einen Belastungsgrad von 100 V ausgelegt. Allerdings werden die Post-ESD-Eigenschaften von MLCCs oft ignoriert oder missverstanden. In Wirklichkeit zeigen MLCCs, die ESD-Stress ausgesetzt sind, eine dramatische Verschiebung des charakteristischen Impedanzverhaltens. Eine sorgfältige Untersuchung von MLCCs deckt bleibende strukturelle Schäden auf, die zu übermäßigen Leckagen im Niederfrequenzbereich führen. Das Post-ESD-Verhalten von MLCCs führt zu einer Funktionsabweichung des Steuermoduls und es ist grundsätzlich unsicher, das Produkt für die vorgesehene Anwendung zu verwenden. Es wird empfohlen, 0603-Kondensatoren mit niedrigem Profil nicht zum ESD-Schutz zu verwenden, wie in diesem Dokument beschrieben. Alternative Lösungen können durch den Einsatz von Transientenspannungsunterdrückern (TVS) mit niedrigem Profil oder schnellen Metalloxid-Varistoren (MOV) erreicht werden. Allerdings stellen MLCCs im 0805-Stil mit hoher Kapazität (> 47 nF) eine gute Lösung dar und können sicher als ESD-Bypass-Element verwendet werden.

MLCCs, die als Schutzvorrichtung oder -mechanismus eingesetzt werden, sollten Spannung, Spitzenleistung und Energie als Schlüsselkomponenten einer ESD-Bedrohung berücksichtigen. Daher ist es notwendig, die Amplitude und das Timing von ESD-Komponenten vollständig zu charakterisieren. Daher sollte die Schutzstruktur die Bedrohungen durch Spannung, Spitzenleistung und Energie reduzieren, indem sie die Stressströme von empfindlichen Teilen der Mikrocontroller und anderen ICs wegleitet [4].

Um ESD-Probleme zu lösen, müssen MLC-Kondensatoren, die als ESD-Bypass oder Filterkomponente auf Leiterplatten (PCB) eingesetzt werden, den ESD-Übergangsstrom sicher zur Erde ableiten. Es ist wichtig, dass MLC-Kondensatoren, die als Bypass-Komponenten eingesetzt werden, die ESD-Spannung und den ESD-Strom sicher absorbieren und das zu prüfende Gerät ohne Beeinträchtigung schützen. Darüber hinaus muss der MLC-Kondensator innerhalb seiner parametrischen Toleranz bleiben, damit er als zuverlässiger Schutzmechanismus gilt.

Mehrschichtige Keramikkondensatoren sind für den Einsatz dort konzipiert, wo eine kleine Baugröße bei vergleichsweise großer elektrischer Kapazität und hohem Isolationswiderstand erforderlich ist. Der Allzweck-0603 (1,6 mm x 0,5 mm) Klasse II, Typ X7R (-55 °C bis +125 °C) ist eine beliebte Wahl für die Entwicklung elektronischer Steuermodule im Automobilbereich. Daher ist es gängige Praxis, an allen I/O-Pins X7R-MLCCs als ESD-Schutzkomponente einzusetzen.

Abbildung 1 zeigt einen horizontalen Schliff des 0603 MLCC (100-fache Vergrößerung) mit Platten im Abstand von 21 mm für einen 10 nF X7R-Typ-II-Kondensator. Ein Kondensator mit höherem Wert ist mit einer größeren Anzahl von Platten ausgestattet. Dies führt zu einer geringen Dielektrikumsdicke, ein möglicher Nachteil für Hochspannungstransienten. Derzeit (Mai 2012) liegen die Kondensatorwerte für einen Typ II X7R 0603 (100 V) zwischen 180 pF und einem Maximalwert von 39 nF. Der Kondensatorwertbereich für die gleiche Technologie, aber mit größerer physikalischer Größe (0805), variiert jedoch von 220 pF bis zu einem Maximalwert von 120 nF. Dies kann ein wichtiger Faktor sein, wenn festgestellt wird, dass der Wert des ESD-Schutzkondensators den im 0603-Gehäuse verfügbaren Maximalwert von 39 nF überschreitet.

Abbildung 1: Standard 0603 MLCC (100-fache Vergrößerung)

Abbildung 2 zeigt zwei verschiedene Arten der MLCC-Technologie im Hinblick auf das Design leitfähiger Platten. Kondensatorhersteller haben das Problem der Überspannungsbelastung erkannt und ein ESD-verstärktes MLCC-Produkt bereitgestellt. Eine genaue Betrachtung von Abbildung 2 zeigt, dass es sich beim MLCC des Typs B um ein ESD-verstärktes Design handelt.

Abbildung 2: „Standard“ vs. „ESD-erweiterter“ 0603 MLCC

Abbildung 3 zeigt einen horizontalen Schliff eines ESD-verstärkten MLCC bei 100-facher Vergrößerung. Der Vergleich mit Abbildung 1 zeigt die Unterschiede im Design der Plattengeometrie.

Abbildung 3: ESD-verstärkter 0603 MLCC

Abbildung 4: Verbessertes elektrisches Modell von MLC-Kondensatoren

Um die optimale Montagestrategie für ESD-Kondensatoren zu ermitteln, sind Leiterplattenentwickler mit grundlegender EMV-Schulung erforderlich. EMC-Ingenieure überprüfen eine „Y-Verbindung“-Topologie für alle ESD-Kondensatoren an jedem I/O-Pin des Steckverbinders. MLCC muss in unmittelbarer Nähe des I/O-Pins (< 1 cm) mit einer kurzen Leiterbahn (< 1 cm) zur PCB-Rückführungsebene platziert werden. Auf diese Weise wird die zusätzliche parasitäre Leiterbahninduktivität der Leiterplatte und deren Verschlechterungseffekt auf die Wirksamkeit des ESD-Bypass-Kondensators minimiert. Das allgemeine Anliegen besteht darin, die zusätzliche Induktivität aufgrund der Induktivität bei der Leiterplattenmontage zu begrenzen und so einen Pfad mit niedriger Impedanz für den ESD-Stromfluss zur Rückleitung bereitzustellen.

Eine weitere Einschränkung wäre die Verwendung des Kondensators mit dem niedrigsten Wert, der verfügbar ist, da er bei höheren Frequenzen am effektivsten ist. ESD würde zu einem HF-Strom mit einer Bandbreite von mehr als 330 MHz führen. Die Wahl zwischen 1 nF und 680 pF würde sich leicht auf Letzteres beschränken. Da ESD-HBM jedoch aus einer Kapazität von 150 pF bestehen, wird ein MLC-Kondensator mit höherem Wert bevorzugt. Durch die Kombination von HBM-Kondensator und MLCC wird ein Spannungsteilernetzwerk aufgebaut. Die an einem MLCC mit größerem Wert entstehende Spannung würde die an einem integrierten Schaltkreis entstehende Spannung senken, wie in Gleichung 1 angegeben.

Gl. 1

Wenn daher VMLCC << VESD, ist es erforderlich, dass CMLCC >> CHBM.

In Lehrbüchern und HF-Veröffentlichungen sind mehrere elektrische Modelle von Kondensatoren verfügbar, die von der EMC/HF-Community zur Beschreibung des elektrischen Verhaltens von MLC-Kondensatoren verwendet werden. Um für die meisten Anwendungen ein genaues Verhalten zu gewährleisten, wird üblicherweise ein einfaches Reihen-RLC-Netzwerk verwendet. Ein einfaches RLC-Modell bietet jedoch nicht die zusätzlichen technischen Erkenntnisse, die für die Analyse von MLCCs erforderlich sind, die ESD-Impulsen ausgesetzt sind. Das in Abbildung 1 dargestellte modifizierte Modell verfügt über zusätzliche Elemente zur Beschreibung des Verhaltens von MLC-Kondensatoren, die ESD-Stress ausgesetzt sind. Tatsächlich handelt es sich bei dem hier beschriebenen Modell um eine genaue elektrische Beschreibung, die erforderlich ist, um die verschiedenen physikalischen Eigenschaften eines Kondensators zu berücksichtigen.

Die Impedanzeigenschaften von Kondensatoren vom Typ II (0603, X7R MLC) für 680 pF und 10 nF sind in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5: Impedanzeigenschaften vor ESD

ESD ist ein Hochfrequenzimpuls mit einer Anstiegszeit von weniger als einer Nanosekunde, was zu einem Spektralgehalt von über 330 MHz führt. Daher wird die Wahl des ESD-Kondensators auf einen MLCC mit kleinerem Wert reduziert, wie in Abbildung 2 dargestellt. Eine genauere Betrachtung von Abbildung 2 zeigt eine niedrigere Impedanz für einen 680 pF (1,71 Ω bei f = 330 MHz) im Vergleich zu einem 10 nF (3,97). Ω bei f = 330 MHz). Eine weitere Überlegung kann das Ergebnis einer kapazitiven Belastung bestimmter E/A-Signale sein, z. B. des CAN-Busses, wo dem Kommunikationsbus eine begrenzte Kapazität hinzugefügt werden kann.

Die Anforderungen an einen ESD-Kondensator mit niedrigerem Wert, wie im vorherigen Absatz, legen möglicherweise die Verwendung des MLCC mit dem niedrigsten Wert nahe, der der Industrie zur Verfügung steht. Darüber hinaus gibt es einen dritten Faktor, der in Tabelle 1 aufgeführt ist; R3 (Isolationswiderstand), was einen zusätzlichen Anreiz für die Verwendung des MLCC mit dem niedrigsten Wert darstellen kann. Es sind jedoch weitere Erkenntnisse erforderlich, um die scheinbar einfache Wahl zu unterscheiden.

In Tabelle 1 sind alle nominalen und parasitären Elemente für beide Kondensatoren gemäß MLCC-Anbieter A aufgeführt.

Tabelle 1: Komponenten des MLCC 0603-Kondensatormodells

Es ist wichtig zu beachten, dass der Isolationswiderstand R3 bei Kondensatoren mit kleinerem Wert eine Größenordnung höher ist (Tabelle 1). Da mehr Platten gestapelt werden, um höhere Kapazitäten im gleichen physikalischen Volumen des 0603-Gehäuses unterzubringen, verringert sich die Dicke des Dielektrikums um den Faktor 14,7. Aufgrund des dünneren dielektrischen Materials zwischen den Kondensatorplatten wird daher der Isolationswiderstand für höherwertige Kondensatoren im gleichen Verhältnis reduziert (Kondensatorverhältnis: 10 nF/680 pF = 14,7, Isolationswiderstandsverhältnis: 0,1 x 1012 Ω/14,7 x 1012 Ω = 1/147. Es ist klar, dass ein Kondensator mit höherem Wert einen dielektrischen Durchschlag bei niedrigeren ESD-Spannungen erleiden wird. Dieses Argument legt nahe, dass für ESD-Anwendungen nur Kondensatoren mit niedrigerem Wert und höherem Isolationswiderstand in Betracht gezogen werden müssen zum Schutz vor dielektrischem Durchschlag, dh 680 pF gegenüber 10 nF. Weitere Untersuchungen waren erforderlich, um die Richtigkeit der oben genannten Aussage zu überprüfen.

Wenn ein kleinerer Kondensator wie oben gezeigt einen höheren Isolationswiderstand aufweist, ist es wichtig, das Verhalten des Isolationswiderstands nach ESD-Tests zu untersuchen. Für weitere Erkenntnisse ist es wichtig, die Auswirkungen der ESD-Belastung auf 680-pF- und 10-nF-Kondensatoren anhand der charakteristischen Impedanz von Post-ESD-Kondensatoren zu bewerten.

ESD-Tests für Automobilanwendungen werden abgeleitet und basieren auf einem menschlichen Körpermodell, das von Originalgeräteherstellern (OEM) spezifiziert wird [5,6,7,8,9].

Ein typisches HBM-Entladenetzwerk besteht aus einem 150-pF-Kondensator und einem 2-kΩ-Widerstand. Der HBM-Kondensator kann für einen Luftentladungstest auf bis zu 25 kV aufgeladen werden. Die auf dem 150-pF-Entladenetzwerkkondensator (auf 25 kV aufgeladen) angesammelte statische Ladung würde 3,75 μC betragen. ESD ist ein Hochfrequenz-, Hochspannungs- und Hochstromereignis, das in relativ kurzer Zeit 46,875 mJ Energie im Schutzgerät ablagern kann.

HBM bietet umfassende Einblicke in das Geräteverhalten während eines ESD-Ereignisses. Obwohl die HBM-Belastung durch eine bestimmte Ladespannung, VHBM, gekennzeichnet ist, ist der 2-kΩ-Serienwiderstand der Schaltung normalerweise viel größer als die Impedanz des zu testenden Geräts. Daher betrachten wir den HBM-Tester als Stromquelle mit dem Spitzen-HBM Strom gleich 12,5 A. (VHBM = 25 kV, Luftentladung).

Um die Auswirkungen von ESD-Stress auf 0603-MLCCs zu bewerten, wurden zwei verschiedene Arten von Tests durchgeführt. Da ein bestücktes elektronisches Steuermodul das Ziel eines realistischen Tests ist, ist es wichtig, die Auswirkungen der ESD-Beanspruchung anhand der OEM-ESD-Testtechniken zu bewerten. Bei einer anderen Methode wurde ein 0603-MLCC-Netzwerk mit zwei kurzen Drähten (< 1 cm) an jedem Ende vorbereitet, wie in Abbildung 6 dargestellt. Anschluss 1 wurde mit einer Erdungsebene verbunden, an der normalerweise ein ESD-Pistolen-Rückleitungskabel angeschlossen wäre. Die ESD-Entladungsspitze wurde langsam an den schwimmenden Anschluss herangeführt, bis eine Luftentladung erreicht wurde.

Abbildung 6: ESD-Luftentladung zum 0603 MLCC

Die Prä-ESD- und Post-ESD-Eigenschaften des 0603-Kondensators wurden mit einem Agilent 4294A-Impedanzanalysator (40 Hz – 110 MHz) mit Hilfe einer Agilent 16034G-Testvorrichtung aufgezeichnet. Die Kondensatoren wurden von der Testplatine oder den ESD-Netzwerkkabeln entfernt und montiert innerhalb der 16034G-Testvorrichtung zur Impedanzcharakterisierung.

Es wurde beschlossen, einen ESD-Impuls auf ein vollständig bestücktes elektronisches Steuermodul für Kraftfahrzeuge anzuwenden, das nach strengen EMV-Richtlinien entwickelt wurde. Die OEM-ESD-Anforderungen enthalten Richtlinien [7,8,9] für ESD-Stresstests für den Remote-I/O-Zugriff. Ein HBM-Modell mit Entladungsnetzwerk, wie in Abschnitt IV beschrieben, wurde kalibriert und ESD-Spannungspegel von +/- 4 kV bis +/- 25 kV wurden nacheinander angelegt. Nach jeder Entladung wurde der MLCC entfernt und auf einem Impedanzanalysator gemäß der vorherigen Methode analysiert.

Abbildung 7 zeigt die Auswirkung des ESD-Impulses bei +/-15 kV für den 680 pF-Kondensator.

Abbildung 7: Gemessen vor und nach ESD (MLCC 680 pF)

Abbildung 8 zeigt die Auswirkung des ESD-Impulses bei +/-15 kV für einen 10 nF-Kondensator.

Abbildung 8: Gemessen vor und nach ESD (MLCC 10 nF)

Die dielektrischen Schäden nach ESD-Kondensatoren sind in den Abbildungen 9 bis 11 (horizontales Schleifen) auf einer 100-fachen Vergrößerungsskala dargestellt. Die physischen Schäden an den X7R- und C0G-Technologien werden dargestellt.

Abbildung 9: Dielektrischer Schaden für Post-ESD-MLCC

Abbildung 10: Dielektrischer Schaden für Post-ESD X7R MLCC

Abbildung 11: Dielektrischer Schaden für C0G-MLCC nach ESD

In Abbildung 12 wurde ein modifiziertes elektrisches Modell, dargestellt wie in Abbildung 4, verwendet, um Post-ESD-Effekte auf beide Kondensatoren zu veranschaulichen. Im elektrischen Modell gemäß Tabelle 1 wurde R3 durch einen 500-Ω-Widerstand ersetzt, um den von den MLCC-Herstellern in Tabelle 1 angegebenen Nennwert vor ESD darzustellen (14,7 x 1012 Ω).

Abbildung 12: Simulierte Impedanzeigenschaften nach ESD, R3 = 500 Ω

Abbildung 13: Impedanzverhalten nach ESD

Es ist wichtig zu beachten, dass der 10-nF-Kondensator von 40 Hz bis 20 kHz starke Verluste aufwies und bei 680 pF die obere Frequenz bei etwa 200 kHz liegt. Die Impedanz beider Kondensatoren weist im oben genannten Frequenzbereich einen Widerstandswert von 500 Ω auf. Daher wird der Schluss gezogen, dass ESD zu nicht behebbaren, dauerhaften Schäden an den MLCCs geführt hat. Das Post-ESD-Verhalten deutet auf eine physische Beschädigung des dielektrischen Materials aufgrund der Metallisierung der Kondensatorplatten hin. Anhand von Abbildung 4 wird deutlich, dass sich R3 von seinem Nominalwert vor der ESD gemäß Tabelle 1 (für 680 pF, R3 = 1,471 x 1012 Ω oder für 10 nF, R3 = 0,1 x 1012 Ω) auf einen extrem niedrigen Wert verschoben hat Wert von 500 Ω).

Die Frage, warum der 680-pF-MLCC einen Leckstrom von 500 Ω bis 200 kHz aufweist, wohingegen 10 nF den negativen Effekt nur bis 20 kHz zeigt, lässt sich wie folgt erklären: Die Schaltung in Abbildung 4 vereinfacht sich auf die Parallelschaltung von C1 und R3 bei niedrigen Frequenzen, und das Knie der Impedanzkurve erscheint für f ~ 1/2π R3C1. Für Post-ESD wird der 680-pF-MLCC von DC bis ~300 kHz von R3 dominiert, während R3 nur bis zu 20 kHz für den 10-nF-Kondensator beiträgt. Abbildung 13 zeigt die Verschlechterung des Ableitwiderstands nach ESD.

Es ist klar, dass kleinere MLCCs eine extreme Leckage in einen viel höheren Frequenzbereich erleiden. Im Gegensatz zu früheren Empfehlungen wird die Verwendung höherwertiger MLCCs empfohlen.

Als Ergänzung zur ESD-Beanspruchung von 0603-MLC-Kondensatoren wurden zusätzliche ESD-Tests an Modulen durchgeführt, die mit größeren 0805-MLC-Kondensatoren bestückt waren. Abbildung 14 zeigt die Auswirkung einer HBM-ESD-Belastung von +/- 25 kV auf einen 4,7 nF-Kondensator. Es ist klar, dass ein 4,7-nF-0805-Kondensator die ESD-Anforderungen nicht erfüllen würde. Die Erweiterung der Kondensatorgröße (Wert) in einem 0805-Gehäuse auf 10 nF führt jedoch zur ESD-Konformität.

Abbildung 14: Gemessen nach ESD für einen 0805-Kondensator mit 4,7 nF

Bei dieser Studie handelt es sich um eine Untersuchung der physischen Schäden an den 0603 MLC-Kondensatoren, die ESD-Transienten ausgesetzt sind. Es zeigt, dass es bei ESD-Spannungen über 15 kV zu dauerhaften Schäden am dielektrischen Material kam. Die Verwendung von 0603 MLC-Kondensatoren für I/O-Anschlussstifte als ESD-Bypass-Mechanismus wird nicht empfohlen und sollte vermieden werden. Bei größeren Grundflächen erfüllen 0805-MLCCs jedoch die ESD-Beanspruchung für 25-kV-Anforderungen, vorausgesetzt, die Kondensatorgröße überschreitet 10 nF und ist für 100-V-Anwendungen ausgelegt. Eine bevorzugte ESD-Bypass-Lösung würde einen Überspannungsschutz mit niedriger Kapazität (TVS, CTVS < 100 pF) oder einen schnellen Metalloxid-Varistor (MOV) verwenden.

Als Eingangs-HF-Filter an den Anschlusspins werden jedoch häufig I/O-Pin-ESD-Kondensatoren im Bereich von 1 nF bis 100 nF verwendet. Die ESD-Kondensatoren stellen ein Bypass-Element für die induzierten HF-Ströme am Modulkabelbaum dar, die durch auftreffende elektromagnetische Felder entstehen. Die TVS-Kapazität mit niedrigem Wert reicht nicht aus, um den erforderlichen Filter über die Frequenzbandbreite von 1 MHz bis 200 MHz bereitzustellen. Sofern zulässig, wird die Verwendung eines TVS parallel zu einem 0603-Kondensator (10 nF – 100 nF) empfohlen.

Cyrous RostamzadehLeitendes IEEE-MitgliedSenior EMC Technical Specialist, Robert Bosch LLC, Plymouth, MI, [email protected]

Professor Flavio CanaveroIEEE FellowPolitcnico di Torino, [email protected]

Professor Feraydune KashefiIEEE-Mitglied, Fachbereich Elektrotechnik der Azad University, Shabestar, [email protected]

Mehdi DarbandiFakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, Universität Teheran, [email protected]

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