実機でのESD対策事例 | チップバリスタによるLED保護
TDKはESDから回路を保護できる部品としてチップバリスタをラインナップしております。そこで、この記事では、実機を用いて、ESDがデバイスに侵入した際に発生する実際の不具合に対して、チップバリスタによってESD対策が可能である事例を紹介します。
目次
バリスタとは？
チップバリスタは主に酸化亜鉛をベースとしたセラミックス半導体製品となります。下図のように積層構造が採用され、積層枚数、層間の調整により、ブレークダウン電圧、静電容量を制御することができます。一定値以上の電圧が印加されると抵抗値 が急減する電圧依存性の非直線抵抗素子です。 バリスタは、2個直列接続のツェナーダイオード(Zener Diode)と 等価となり、極性を持ちません。
●チップバリスタの内部構造
●チップバリスタの等価回路
●チップバリスタとツェナーダイオードの電圧-電流特性比較
実機でのESD測定
実際のデバイスに搭載されたLEDにESDが侵入した場合、ESD保護部品の有無(チップバリスタの有無)によってLEDの点灯がどのように変化するかの実験を行いました。LEDが実装されたデバイスへのESDの印加は、特に帯電した電荷が電子機器へ放電されることを想定したIEC61000-4-2の人体モデル(HBM：Human Body Model)を用いた静電気イミュニティ試験によって実施しました。（図2、図3参照）
ESD試験条件
● IEC61000-4-2(150pF、330Ω)
● 接触放電：1kV～8kV
● ESDストライク回数：1秒間隔で10回
評価結果
LEDを搭載したデバイスを用いたチップバリスタ有無でのESD試験結果を表と動画で示します（図4参照）。
チップバリスタ有りの場合、8kVのESD放電までLEDの点灯を確認できました。
一方で、ESD保護素子が無い場合、ESD放電4kV-6kVにおいてLEDが一瞬消える現象が発生しています。さらにESD放電7kVで完全にLEDが消灯しました。
この結果よりESDの影響をLEDが受けていることを確認できました。さらに、チップバリスタはLEDをESDから保護することが可能であることを実証できました。
| 評価条件 | 1kV | 2kV | 3kV | 4kV | 5kV | 6kV | 7kV | 8kV |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1）チップバリスタ有り | （a） | （a） | （a） | （a） | （a） | （a） | （a） | （a） |
| 2）チップバリスタ無し | （a） | （a） | （a） | （b） | （b） | （b） | （c） | - |
チップバリスタ有りの場合、
8kVのESD放電まで
LEDの点灯を確認。
（a）LED正常点灯
(故障無し)
（b）LED一瞬消灯
(故障寸前)
（c）LED消灯
(完全に故障)
*ESDの印加時間は、「チクタク」という音で確認できます。
*この製品で、LEDが点灯しているのは正常な動作であり、ESDの印加によるものではありません。
製品一覧
TDKの積層チップバリスタは主に消費者向け電子機器用、車載用をラインナップしております。
民生向けでは最小サイズEIA01005 (0.4 x 0.2 mm) まで、車載向けは最小サイズEIA0402(1.0 x 0.5 mm)までラインナップがあり量産化しています。
したがって、TDKの積層チップバリスタを用いれば、省スペース化を図ることができ、自由度の高い実装配置が可能となります。
また車載向けの積層チップバリスタでは、AEC-Q200対応、125℃や150℃対応の製品があり、高信頼性を求めるアプリケーションに最適な製品をお選びいただけます。
| サイズ mm [inch] |
品番 | バリスタ電圧 V1mA [V] |
最大許容回路電圧 Vdc [V] |
IEC61000-4-2 (Contact) 150pF/330ohm |
使用温度範囲 [℃] |
AEC-Q200 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0402 [01005] |
AVRM0402C120MT330N | 12 | 5.5 | 8kV(Level4) | -40 to +85 | |
| 0603 [0201] |
AVRM0603C080MT101N | 8 | 5.5 | 8kV(Level4) | -40 to +85 | |
| AVRM0603C120MT101N | 12 | 5.5 | 8kV(Level4) | -40 to +85 | ||
| 1005 [0402] |
AVR-M1005C080MTAAB | 8 | 5.5 | 8kV(Level4) | -40 to +85 | |
| AVR-M1005C120MTACC | 12 | 7.5 | 8kV(Level4) | -40 to +85 | ||
| B72590D0150H060 (LED) | 23 | 15 | 8kV(Level4) | -40 to +85 | ||
| AVRH10C270KT350NA8 | 27 | 19 | 25kV | -55 to +150 | ✔ | |
| AVRH10C390KT500NA8 | 39 | 28 | 25kV | -55 to +150 | ✔ | |
| B72590D0360B060 | 45 | 36 | 8kV(Level4) | -40 to +85 | ||
| B72590D0201B060 | 600 | 200 | 8kV(Level4) | -40 to +85 | ||
| 1608 [0603] |
AVR-M1608C220KT2AB | 22 | 16 | 25kV | -40 to +125 | ✔ |
| AVRM1608C720KT750M | 72 | 53 | 25kV | -55 to +150 | ✔ | |
| 2012 [0805] |
AVR-M2012C220KT6AB | 22 | 16 | 25kV | -40 to +125 | ✔ |
| AVRM2012C720KT201M | 72 | 53 | 25kV | -55 to +150 | ✔ |
