| 研究課題/領域番号 |
22K04623
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
吉田 孝博 東京理科大学, 工学部電気工学科, 教授 (10385544)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 静電気放電 / ESD保護素子 / TVSダイオード |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、電子機器の静電気耐性改善のために電子機器に多く実装されるTVSダイオードなどの静電気放電(ESD)保護素子に対して、同一仕様の保護素子間の特性や保護性能の差までも表現できる、保護素子の計測・評価技術、ならびに保護素子のモデリング手法の実現が目的である。そのため、2022年度からの3年間で(1)動的応答特性モデリング手法の改良ならびに他種の保護素子への対応と、(2)モデリング手法の精度改善に伴うESDストレスシミュレーションの精度改善効果の検証を行う計画である。前者(1)の他種の保護素子であるバリスタのモデリングに関しては、2022年度にベクトルネットワークアナライザ（VNA）を用いて動作状態と非動作状態のモデリングを行うアプローチを試行したが実現への障壁が判明したことから、モデリング手法の改良に必要となる、保護素子の動的応答特性を実測検討するアプローチへ変更した。
2023年度には、より現実的な回路構成を考慮した追加検討として、保護素子に接続される周辺回路素子のインピーダンスが変化した場合の特性変化を実測した。この測定は、TVSダイオードの複数種に対して周辺回路の抵抗値を変化させた様々な水準の評価基板を製作し、ESD試験器にてESDを印加したときの線路の電位差の時間変化を、高電圧差動プローブとオシロスコープで計測する方法で行った。
その結果、TVSダイオードの動的応答特性がインピーダンスに依存して変化することを確認し、以下の知見を得た。(1)保護動作時間はインピーダンスが高くなるにつれて長くなるが、インピーダンスが十分に高くなると動作時間の変化は一定になる。(2)インピーダンスは、保護動作が終了した後の電圧低下にも影響を及ぼし、インピーダンスが高いほど電圧低下の時定数が大きくなる。(3)これらの特性は、インピーダンスが高いと保護素子間で差違がより顕著になる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
上記の研究実績に記した研究項目については、電子機器の設計時の参考となる有効な知見が得られるとともに、国際学会での採択・成果発表に至ったため、おおむね順調に進展していると考えている。
一方、研究実施計画では、この研究項目に加えて、他種の保護素子であるバリスタに提案手法を対応させるための装置構造の試作について掲げていたが、2022年度に多くの時間を割いて装置を試作して挑戦したにもかかわらず、計測の実現には及ばず、実現への障壁が判明したために、アプローチを変更することとなり、時間的なロスが生じた。このアプローチ変更に伴い、2024年度には、2023年度に行った保護素子の動的応答特性のインピーダンス依存性の検討を通じて発見した追加調査すべき水準（後述）を調査することとしたために、一層の時間を要することとなった。そのため、研究実施計画で掲げた、得られた知見をESD保護素子のモデリング手法に反映させて行うESDストレスシミュレーションの精度改善に関する実施が遅れることから、総合的な進捗状況を「（3）やや遅れている。」とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度に行った、ESD保護素子に接続される周辺回路素子のインピーダンスが変化した場合の特性変化に関する実測検討を元として、2024年度には、近年急速に発展するウェアラブル機器やIoT機器などのように、機器がバッテリーで動作しており、電源やケーブルなどを介して接地されていないフローティング状態にある機器における、TVSダイオードのESD応答特性の回路インピーダンス依存性を実測検討する。そのために、評価基板のGNDを接地せずフローティング状態とした上で2023年度と同様の測定を行ってゆく。なお、この実測には、2023年度に構築した測定系と測定方法が利用できるが、フローティング状態の機器に対してESD試験器を用いてESDを印加する際に予想される問題とその回避法についても併せて検討を進める。
また、この測定調査と並行して、これらで得られた知見をESD保護素子のモデリング手法に反映させて行うESDストレスシミュレーションの精度改善についても実施してゆく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた理由としては、2022年度からの次年度繰越があったことに加えて、2022年度と同様に、ESDストレスシミュレーションの改良で使用予定であった高周波回路シミュレーションソフトウェアの1年間利用ライセンスの契約を行わなかったこと、2023年11月に投稿した国際学会の発表に伴う参加費と旅費の支出が、開催時期(2024年5月)の関係で2023年度に執行されなかったことも要因である。
2024年度には、前述の国際学会発表における参加費と旅費に使用するとともに、2024年9月と2025年3月の国内学会での発表にかかわる使用、実測追加調査に必要な材料などの購入などにより、次年度繰り越しと2024年度の助成金を使用する予定である。
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