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» 2017年08月31日 11時00分 公開

Q&Aで学ぶマイコン講座(38):ESDとEOSの違いと対策法 (2/3)

[菅井賢(STマイクロエレクトロニクス),EDN Japan]

ESDとは

 静電気というと、読者の皆さんは、ドアノブを触った時に「バチッ」とすることを想像すると思います。まさにそれがESDです。この時、人間の身体には(条件にもよりますが)2000V以上の電荷が溜まっていて、それらが一瞬にしてドアノブを通して放電されます。このドアノブがマイコンだったら、どうなるでしょう? マイコンに2000V以上の電圧が掛かると、すごい衝撃になります。マイコンは相当なダメージを受け、最悪の場合、破壊されることもあります。マイコンの内部には、端子に高電圧が印加された時に、その電圧を逃がす仕組みが入っています。しかし、その保護回路の限界を超えた電圧が印加されると、マイコンは破壊、劣化します。

 マイコン周辺の環境で、静電気を帯電するものは主に3つあります。前述した人体と製造装置、そしてマイコン自体です。「マイコン自体が帯電?」と思われるかもしれませんが、マイコンのパッケージは絶縁体です。電荷が帯電するのは絶縁体です。したがって、パッケージにも静電気が溜まる場合があります。マイコン自身に帯電した電荷をマイコン自身に放電するケースも実際に起きています(図2参照)。

図2:ESDの発生モデル (クリックで拡大)

ESDのスペック(規格)

 マイコンには、ESD破壊耐性の規格があります。国内のマイコンメーカーが採用している規格ですと、JEITA規格(旧EIAJ)*2)が有名ですが、世界的には、JESD*3)とANSI/ESDが一般的です。マイコンは開発時に、それらの規格に従った試験を行い、どのくらい耐性があるかをデータシートに記載しています。

*2)JEITA規格:http://www.jeita.or.jp/japanese/public_standard/
*3)JESD規格:https://www.jedec.org/category/technology-focus-area/esd-electrostatic-discharge-0

 図3に、STマイクロエレクトロニクスの32ビットマイコン「STM32F405」のデータシートに記載されているESD破壊耐性スペックを示します。

図3:ESDのスペック(「STM32F405」の場合) (クリックで拡大)

ミニコラム

 ESDの試験が量産出荷時に行われると思われている方が時々いらっしゃいますが、ESD試験は破壊試験ですので、出荷時には行いません。開発時のみに行います。


ESDの対策

 ESD破壊の対策としては、とにかくマイコン周辺(マイコンも含む)で電荷を帯電させないことです。マイコンを取り扱う人はリストバンドアースや静電靴などを使って帯電を防ぎます。マイコンを取り扱う製造装置には、電荷が帯電しない材質のものを使用します。通常、製造装置などの本体は金属ですが、可動部にはゴムなどが使われています。また、塗料も絶縁性の材質が多いです。これらに導電性の材質を使うことで帯電を防ぐことができます。また、マイコン本体への帯電を防ぐには、プリント基板への実装工程などで、周辺から帯電する経路を作らないことが大切です。

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