Elektronik FAQ V7.1 - HOME

Elektronik – FAQ
Eine Gemeinschaftsproduktion der Gruppe ELEKTRONIK im MausNet
7. S c h u t z s c h a l t u n g e n
7.1 Moderner ESD-Schutz (ESD = Electrostatic Discharge)
In den Anfängen der MOS-Transistoren und später bei den ersten integrierten
Bausteinen in CMOS-Technologien, war es beim Hantieren mit
diesen Bauteilen oberstes Gebot sich zu erden und den Arbeitsplatz antistatisch
zu sichern. Auch wenn heute noch Vorsicht geboten ist, ganz so
schlimm ist es nicht mehr, weil die Eingänge mit hochwirksamen ESD-
Schutzschaltungen geschützt sind.
Es gibt zwei Arten von ESD-Zerstörung. Die nieder- und die hochenergetische,
mit etwa 200nWs, bzw 0.025mWs. Der erste Fall entspricht zum
Beispiel einem Menschen der sich durch Reibung von hochisolierenden
Kleidungsstücken auf 2000 Volt auflädt und sich anschliessend über einen
CMOS-Eingang entlädt. Dadurch erfolgt eine Zerstörung durch Gate-
Durchbruch. Dies entspricht etwa einem Kondensator mit 100 pF und
einem Serienwiderstand von 1500 Ohm. Man nennt dies auch das "Human
Body Modell". Die zweite Art ist das sogenannte "Machine Model". Ein
Kondensator von 200 pF wird auf 500 Volt geladen. Die Entladung über
den Gate-Eingang erfolgt ohne Vorwiderstand. Ist nun ein Gate-Eingang
gegen ESD geschützt besteht bei höheren Energien wie in diesem Fall die
Gefahr einer partiellen Überhitzung und eines Schmelzen des Siliziums.
Diese Gefahr ist besonders gross, wenn als ESD-Schutz einfach eine
Schottky-Klammerdiode eingesetzt ist. Dies ist eine Art schnelle Zenerdiode
und stabilisiert die ESD-Spannung auf einen unschädlichen Wert.
Im Falle einer hochenergetischen Entladung besteht jedoch die Gefahr,
dass wegen der kurzzeitig hohen Verlustleistung über der Klammerdiode,
diese zerstört wird. Moderne CMOS-Schaltungen benutzen vor den Eingängen
der Gates jedoch schnelle Thyristoren mit definierten Zündspannungen.
Nach dem ESD-Ereignis entfällt der Haltestrom, der Thyristor öffnet
und das Gate arbeitet wieder normal.
7.2 Latch-Up bei CMOS-Schaltungen
Jede CMOS-Struktur besitzt einen parasitären Thyristor. Von dem merkt
die Schaltung gewöhnlich nichts, jedenfalls solange die Eingangsspannungen
den Wert der Betriebsspannung nicht über- und den Groundpegel
nicht unterschreitet. In diesen beiden Fällen kann jedoch dieser Parasit
zünden und tut als Thyristor eben seine Pflicht.
Kapitel Zukunft und Design moderner digitaler Schaltkreise, Seite 20
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