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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 (3/3)

[菅井賢(STマイクロエレクトロニクス),EDN Japan]
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EOSとは

 マイコンの動作する電源電圧は一般的に3Vか5Vです。それとは別に、絶対最大定格が規定されています。マイコンに絶対最大定格以上の電圧を印加すると破損や劣化が起こります。また、ラッチアップなどが原因で、絶対最大定格を越える電流が流れても、マイコンは破損したり、劣化したりします。これがEOS破損、劣化です。

 ESDの場合は、高電圧の一瞬の放電ですが、EOSの場合は、比較的長い時間にわたってスペックを越える電圧が印加されたり、大電流が流れたりした結果、劣化、破損に至ります。例えば、メタル層やビア(Via)層が溶断したり、MOSのPN接合が劣化したりし、破損します。ひどい場合はボンディングワイヤが溶断します。災害に例えると、ESDは雷で、EOSは洪水や土砂崩れのようなイメージです。

 ESD破壊と違って、EOSの原因は多岐にわたります。ラッチアップによる大電流。プリント基板上で、高電圧部との絶縁が不十分で、高電圧が印加される。作業ミスでマイコンに大電流を流してしまうなどです。

EOSのスペック

 EOSには、ESDのような国際標準規格はありません。ラッチアップ耐性の規格(図4)はありますが、EOSはラッチアップだけが要因ではありません。絶対最大定格(図5)を超えて使用した時に発生する破損だと考えると、各マイコンの絶対最大定格が規格だといえます。絶対最大定格は必ず守りましょう!

図4:ラッチアップのスペック(「STM32F405」の場合) (クリックで拡大)
図5:絶対最大定格(「STM32F405」の場合) (クリックで拡大)

EOS対策

 ラッチアップの対策は、過去に「Q&Aで学ぶマイコン講座(4):ラッチアップって何?」で詳しく述べましたので、参考にしてください。ラッチアップ以外では、高電圧回路との絶縁をしっかり取る。マイコンをプリント基板へ実装する際に、高電圧部に触れないような仕組みを設ける。プリント基板上には、大電流が流れないようにし、万が一、大電流が流れてもリミッター回路を設けておき、大電流が流れ込まないようにします。チョークコイルやコンデンサーによる対策も有効です。

 どれも当たり前のことばかりで、「うちでは、そんなこと起きないよ! 起こさないよ!!」と思われるかもしれませんが、現実にはさまざまな事象が起こっています。次の章で、実際の事故事例を挙げます。

実際のESD/EOS破損、劣化の事例

 ここでは、実際に起きたESD/EOS破損、劣化の事例を挙げます。逆に言うと、ここで挙げた事例のようなことをしないことが、対策になります。

例1)産業系装置(モーター制御装置)で、高電圧部との絶縁が不十分であったために、サージ電圧が頻繁にマイコンに印加され、マイコンを破壊した。


例2)店先に設置してある自動預け払い機(ATM)で、プリント基板上のマイコン端子につながっている長い配線がアンテナとして振る舞ってしまい静電気を頻繁に受けESD破壊が発生した。
※不特定多数の人が操作する機器は、人体アース対策をしていない人が取り扱うので、ESDが起きやすい。


例3)組立て現場で、作業員の作業手順ミスで、マイコンに絶対最大定格を越える電圧が印加された。


例4)装置のテスト回路の設計ミスで、マイコンの電源投入の順番が間違って行われ、大電流が流れ、マイコンを破損した。


例5)製造装置(マイコンのハンドラー)で、絶縁性のゴムバンドを使用していて、ESD破壊が発生した。


例6)電話機の受話器を取った際に発生するESDでマイコンが誤動作し、最終的に破壊に至った。

筆者プロフィール

菅井 賢(すがい まさる)
(STマイクロエレクトロニクス マイクロコントローラ製品部 アプリケーション・マネージャー)

 日系半導体メーカーにて、25年以上にわたりマイコンの設計業務に携わる。その後、STマイクロエレクトロニクスに入社し、現在までARM Cortex-Mプロセッサを搭載したSTM32ファミリの技術サポート業務に従事。ARMマイコン以外にも精通しており、一般的な4ビットマイコンから32ビットマイコンまで幅広い知識を有する。業務の傍らマイコンに関する技術論文や記事の執筆を行っており、複雑な技術を誰にでも分かりやすい文章で解説することがモットー。


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