電子機器の静電気耐性改善に要するESD保護素子モデリング技術の確立

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04930
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 吉田 孝博 東京理科大学, 工学部第二部電気工学科, 准教授 (10385544)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 静電気耐性 / 静電気放電 / ESD保護素子 / TVSダイオード / ESDストレスシミュレーション / サージ防護素子

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，電子機器の静電気耐性の改善に用いられる静電気放電（ESD）保護素子に対して，同一仕様のESD保護素子間の特性や保護性能の差も表現できる水準を備える，ESD保護素子の計測・評価技術，ならびにESD保護素子の動的応答特性モデリング手法の精度改善と，ESDストレスシミュレーションの精度改善である．当初の実施計画では，提案回路構成を用いてESDストレスシミュレーションを行う際，ESD保護素子の動作状態・非動作状態間の遷移で所望の動作を得るため，別の種類の高周波回路シミュレータへ移行した上で各動作状態における回路構成とESD保護素子のｓパラメータモデリングの見直しを試行錯誤するとともに，この見直しによる精度改善効果をシミュレーション結果と実測電圧波形との比較により行う予定であった．
2019年度はこの実施計画に沿って，提案シミュレーション手法で用いる高周波回路シミュレータを，より高機能で高性能なソフトウェアへ変更し，その上で提案手法の回路構成やシミュレーション条件設定を再度試行錯誤し，移行を完了させた．そして，精度改善のための回路構成の見直しを行うために，回路素子値の変更やモデリングされたsパラメータの特性を意図的に変更することでESDシミュレーションと実測との間の誤差の発生傾向を把握するアプローチで基礎検討を進めた．
さらに，電子機器メーカから要望が寄せられていた，提案手法のモデリング対象のESD保護素子をこれまでのTVSダイオードと並んで電子機器に多く採用されているSPD（サージ防護素子）も追加する改良に関して，SPD対応に伴い必要となる計測方法の変更とその機材準備を進めた．また，ESD保護素子の仕様が同等であってもESD保護性能や特性が異なることが開発現場で問題視されることをふまえて，同一仕様で複数メーカ・多品種のSPDを評価対象に5種類選定した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

前述の研究成果で述べた複数の項目について，全体的には着実な進展があり，概ね順調であると考える．しかし，提案手法の対象とするESD保護素子を新たにSPDへ対応させるために行った計測方法の変更に伴い，ESD保護素子のモデリング時の計測に使用していた部品（バイアスティ）の耐電圧が満たされなくなり，要求される高周波特性を備えながらも耐電圧が高いバイアスティが必要となり選定したが，要求条件を唯一満たす機種が製造完了のため，国内外の新品・中古品も対象として継続的に業者に探してもらっているものの入手に時間を要しており評価対象の追加に関しては一時停止している．そのため，その点をふまえて，全体の進捗状況を「やや遅れている」と判断した．

Strategy for Future Research Activity

提案のシミュレーション手法の精度改善のための回路構成の見直しに関しては，2019年度に移行した新たな高周波回路シミュレータ上で，回路素子値の変更やモデリングされたsパラメータの特性を意図的に変更することでESDシミュレーションと実測との間の電圧波形の誤差の発生傾向を把握するアプローチで引き続き精度低下要因の特定とその改善を2020年度も継続して行ってゆく．また，ベクトルネットワークアナライザを用いて実測したESD保護素子のsパラメータと，ESD保護素子へのESD印加時に実測された電圧波形の周波数特性との間での相関性についても調査を進める．
一方，提案手法の対象とするESD保護素子のSPDへの対応に関しては，要求条件を満たすバイアスティが入手困難となっている課題があり，引き続き入手を目指してゆくものの，入手できない場合に備えて2020年度は入手済みの1個のバイアスティで計測とモデリングを進められるようにESD保護素子のモデリング対象とする特性を一部限定することで一旦，計測方法の変更と計測を進めてゆく．

Causes of Carryover

次年度使用額が生じた理由は，前述の要求条件を満たすバイアスティの入手が2019年度内に完了しなかったことが主要因である．現在も，国内外の新品・中古品を対象として継続的に業者に探してもらっており，必要な2個のうち未入手の1個を入手した際に，次年度使用額と2020年度の助成金を合わせて計画に沿って使用する予定である．