Elektronische Geräte mit leitfähigen Steckkontakten zu Kabeln, Kabelbäumen oder für elektronische Untermodule sind potentiell störbar durch über diese Steckkontakte einkoppelnde, externe Störgrößen. Aus diesem Grund müssen solche Störungen bereits zum Zeitpunkt der Geräteentwicklung vom die Eingangsbeschaltung dieser Stecker auslegenden Ingenieur berücksichtigt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Elektronik dauerhaft und zuverlässig funktioniert und nicht bei dem entgegen aller Erwartungen dann doch auftretenden Störfall nicht sofort beschädigt oder zerstört wird. Diese Anforderung an die Betriebssicherheit ist für alle Elektroniken in automobilen Anwendungen von vornherein vorauszusetzen. Obwohl die in dieser Arbeit gezeigten Untersuchungen hauptsächlich an elektronischen Schaltkreisen für automobile Anwendungen und den darin eingesetzten Bauteilen durchgeführt wurden, sind die erzielten Ergebnisse nicht an diesen Anwendungskontext gebunden. Konkret sind die für passive Schutzschaltungen gegen elektrostatische Entladungen (engl. electrostatic discharge, ESD) üblichen Bauteile eingehend auf ihr Verhalten während, und Veränderungen ihrer Kennwerte nach solchen Entladungen untersucht worden. Zu diesem Zweck wurden eigens hierfür entwickelte Meßutensilen angefertigt und in einem Aufbau zur halbautomatischen Ermittlung des ESD-Verhaltens von oberflächenmontierbaren Bauelementen (engl. surface mount technology devices, SMT devices) zusammengeführt. Das für gewöhnlich größte passive Bauelement einer elektronischen Baugruppe ist die Leiterplatte (engl. printed circuit board, PCB). Um simulative Abschätzungen der maximal zu erwartenden Spannungs- und Stromwerte zu ermöglichen, wird ein formales Vorgehen auf Basis von empirischen Formeln zur Überführung der elektrischen Streugrößen von gedruckten Strukturen auf und in mehrlagigen Leiterplatten in konzentrierte Schaltungselemente gezeigt. Die hieraus resultierenden Ersatzschaltungen können in schnellen Zeitbereichs-Schaltungssimulationen eingesetzt werden. Auf Basis der Messungen zur statischen Degradation und des nicht-linearen, dynamischen Verhaltens der genannten passiven Bauelemente wurden entsprechende Simulationsmodelle entworfen und nebst den Ersatzschaltungen aus den konzentrierten Beläge der gedruckten Leiterbahnen in eine vollständige, transiente Simulationsmethode für passive ESD Schutzschaltungen überführt.

    Whenever electronic devices feature a pluggable and conductive interface to wires, cables or other electronic devices, such connections potentially expose the internal circuitry of these devices to external disturbances. For this reason, the design engineer needs to take such possible disturbances into account when developing the interfaces and their circuits. Being prepared for such disturbances, however unlikely they may be, is essential for the durable and reliable function of electronic devices, for it otherwise may only take one of these rare incidents to damage or destroy them. This requirement is in particular self-evident for all automotive applications. Although the investigations presented here are focused on automotive electronics, the applicability of the results is of course not limited to such. Concretely, suitable state of the art components commonly used for passive protection against electrostatic discharges (ESD) were thoroughly analysed regarding their behaviour during and changes in their characteristics after such discharges. For this purpose, a completely new set of measurement instrumentation was designed and assembled to a semi-automatic ESD performance analysis system for surface mount technology (SMT) components. In case of the analysed thick-film resistars, a drift of the resistance in dependence on the energy and number of the impulses is found, along with a sparking effect that can occur. The usually biggest passive component of an electronic device, the printed circuit board (PCB), is also considered with respect to its ESD impulse conducting properties. To enable for simulative quantifications of voltage and current stress levels during RBM discharges, a formal procedure based on empirical formulae is provided that flows for the transfer of the distributed electrical characteristics of the conductive structures on and in multilayer PCBs to concentrated components. The resulting equivalent circuit can be used within fast time-domain circuit simulations. Finally, circuit simulations that employ all the found non-linear effect are compared to equivalent linear circuit simulations and show a drastically different, however more likely and realistic outcome. These modeling and simulation procedures are shown to be both practical and useful for ESD performance prediction and optimisation of a given passive circuit during design and post-failure analysis.


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    Titel :

    Electrostatic discharge performance of passive surface-mount components


    Beteiligte:
    Streibl, Franz (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2011


    Format / Umfang :

    135 Seiten, Bilder, Tabellen, 60 Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Englisch




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