Transiente Felder der Elektrostatischen Entladung (ESD):
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Düsseldorf
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1995
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| adam_text | Titel: Transiente Felder der elektrostatischen Entladung (ESD)
Autor: Pommerenke, David
Jahr: 1995
V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Elektrostatische Aufladung............................................................................1 1.2 Elektrostatische Entladung (ESD).................................................................2 2 Problemstellung ...............................................................................................5 3 Versuchstechnik ...............................................................................................7 3.1 Anforderungen an die Versuchstechnik ........................................................8 3.1.1 Bandbreite.........................................................................................8 3.1.2 Feldmessung....................................................................................10 3.1.3 Geschwindigkeit der Annäherung und Lichtbogenlänge.................12 3.2 Meßaufnehmer..............................................................................................12 3.2.1 Elektrischer Feldsensor.....................................................................13 3.2.2 Magnetischer Feldsensor..................................................................17 3.2.3 Stromsensor......................................................................................22 3.2.4 Entfemungs- und Geschwindigkeitsmessung...................................25 3.3 Meßaufbauten..............................................................................................29 3.3.1 F eldmeßplatz....................................................................................29 3.3.2 Meßaufbau zur Erfassung des Lichtbogenwiderstandes...................30 3.3.3 Impedanzmeßaufbau.........................................................................33 3.3.4 Meßaufbau zur Kalibration der Feldsensoren...................................35 4 Der Luftdurchschlag unter den Bedingungen der ESD.....................................36 4.1
Phasen der Durchschlagentwicklung............................................................37 4.1.2 Trennung in Initiierungs- und Durchschlagphase.............................41 4.2 Initiierungsphase..........................................................................................44 4.2.1 Lichtbogenlänge...............................................................................44 4.2.1.1 Lichtbogenlänge bei unbewegten Elektroden.......................44 4.2.1.2 Lichtbogenlänge bei bewegten Elektroden...........................45 4.2.2 Statistische Streuzeit bei ESD..........................................................47 4.2.2.1 Einfluß energiereicher Strahlung und des Funkenstreckenvolumens......................................................54 4.2.2.2 Einfluß des Photoeffektes.....................................................49 4.2.2.3 Einfluß von Vorentladungen.................................................50 4.2.2.4 Einfluß von Oberflächeneffekten und der
VI Elektrodenfläche...................................................................50 4.2.2.5 Einfluß der Feldemission......................................................52 4.2.2.Ö Einfluß der Luftfeuchte.........................................................52 4.2.3 Einfluß der Geschwindigkeit auf die Lichtbogenlänge....................55 4.2.4 Interpretation früherer Erklärungen der schlechten Reproduzierbarkeit...........................................................................57 4.2.5 Klassifizierung von Entladungen anhand der relativen Lichtbogenlänge...............................................................................58 4.2.5.1 ESD Klasseneinteilung gemäß der relativen Lichtbogenlänge....................................................................59 4.2.5.2 Interpretation bestehender Klasseneinteilung nach dem Gesichtspunkt der relativen Lichtbogenlänge......60 4.3 Durchschlagphase.........................................................................................62 4.3.1 Gesetze zur Beschreibung der resistiven Phase................................62 4.3.1.1 Gesetz von Toepler...............................................................62 4.3.1.2 Erweiterung des Toeplerschen Gesetzes...............................64 4.3.1.3 Gesetz von Rompe und Weizel.............................................66 4.3.1.4 Gesetz von Braginski............................................................68 4.3.1.5 t^ Gesetz...............................................................................68 4.3.2 Anforderungen an die Modellierung von ESD.................................69 4.3.3 Meßtechnischer Vergleich der Modelle............................................69 4.3.3.1 Anwendbarkeit des Toeplerschen Gesetzes sowie des t^ Gesetzes..........................................................72 4.33.2 Anwendbarkeit des Gesetzes nach Rompe und Weizel und des erweiterten
Toeplerschen Modells..................................73 4.3.4 Arbeiten anderer Autoren zu Lichtbogenmodellen bei ESD............81 4.3.4.1 Ergebnisse von Daout et. al..................................................81 4.3.4.2 Ergebnisse von Renninger....................................................83 5 Simulation der ESD .............................................................................................85 5.1 Berechnung des eingespeisten Stroms durch Ersatzschaltbilder.................85 5.2 Berechnung der transienten Felder...............................................................90 5.2.1 Bisherige Verfahren zur Berechnung indirekter ESD......................90 5.2.2 Berechnung der transienten Felder mittels der Methode der Momente......................................................................91 5.2.2.1 Numerische Berechnung des Entladevorgangs.....................92 5.2.2.2 Behandlung der Randbedingungen und Anfangswerte........97
VII 5.2.23 Bestimmung des elektrischen und des magnetischen Feldes im Raum.............................................99 5.2.3 Verifikation der Berechnungsmethode...........................................100 5.23.1 Verifikation ohne Lichtbogen.............................................100 5.23.2 Verifikation bei Berücksichtigung des Lichtbogens...........101 53 Vergleich der Simulationsmethoden..........................................................102 6 Minimal mögliche Anstiegszeit bei ESD............................................................104 6.1 Theorie zur Unter- und Obergrenze der Anstiegszeit.................................104 6.2 Berechnung der Grenze der Anstiegszeit...................................................106 7 Störintensität transienter F eider der ESD.............................................—..—.. 110 7.1 Bisherige Erkenntnisse...............................................................................110 7.2 Begriff der Störintensitäf ...........................................................................112 7.3 Einfluß der wesentlichen Parameter auf die Störintensität.........................113 7.3.1 Einfluß der Lichtbogenlänge und der Ladespannung auf die Störintensität...................................................................................113 7.3.2 Einfluß des Abstandes vom Entladeort..........................................120 73.2.1 Nahfeld - Femfeld Übergang..............................................120 73.2.2 Einfluß der Lichtbogenlänge auf dieEntfemungsabhängigkeit...............................................122 73.2.3 Entfemungsabhängigkeit des initial peak von ESD-Simulatoren (contact mode).......................................124 73.2.4 Entfemungsabhängigkeit bei ESD-Simulatoren für Zeiträume nach dem initial peak ..................................126 7.4 Vergleichende Untersuchungen der Entladungen des
Menschen, von Gegenständen und Simulatoren...........................................................126 7.4.1 Vergleich verschiedener Simulatoren gemäß IEC-801-2..............126 7.4.2 ESD von Gegenständen im Vergleich mit der ESD von Simulatoren.....................................................................128 7.4.3 Vergleich der transienten Felder der ESD des Menschen mit der ESD von Simulatoren gemäß IEC-801-2..........131 8 Ausblick 134 9 Zusammenfassung ............................................................................................137 Literaturverzeichnis 140
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