ESD Test und Prüfung

Das Fraunhofer EMFT ist seit 30 Jahren führend in der Erforschung und Anwendung von Elektrostatischen Entladungen (ESD) in der Mikroelektronik. Unsere Kompetenz reicht von der schnellen Lösung akuter Fragestellungen über die Qualifikation von Bauelementen mit speziellen Anforderungen bis hin zur Entwicklung robuster ESD-Schutzkonzepte für elektronische Schaltungen und Systeme. Als aktives Mitglied des deutschen ESD-FORUM e.V. und der Standardisierungsausschüsse ESD-Test der ESD Association sind wir international anerkannt. In unserem Labor kommen sowohl standardisierte als auch eigens entwickelte Methoden und Systeme zur Anwendung. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung kundenspezifischer ESD-Testgeräte – insbesondere für CDM- und CC-TLP-Verfahren. In enger Zusammenarbeit mit unseren Partnern realisieren wir komplette, praxisgerechte Systemlösungen, die sich nahtlos in bestehende Entwicklungs- und Qualitätssicherungsprozesse integrieren lassen.

Elektrostatische Entladungen (ESD) sind im Alltag allgegenwärtig – schon die bloße Berührung eines Türgriffs kann spürbar sein. Während der Mensch solche Entladungen meist nur als kurzzeitig unangenehm empfindet, reagieren empfindliche elektronische Systeme weitaus sensibler: Bereits geringe Spannungen können insbesondere bei High-Speed-Technologien erhebliche Schäden verursachen. Verstärkt wird diese Problematik noch durch den anhaltenden Trend der Miniaturisierung in der Mikroelektronik, was gleichzeitig zur Reduzierung der maximal zulässigen Entladungsspannung führt. Vor allem in automatisierten Produktionsumgebungen ist also ein ausreichender ESD-Schutz unbedingt erforderlich. Mit standardisierten Belastungsmodellen werden hierzu einzelne Bauteile auf ihre ESD-Festigkeit getestet. Jedoch stoßen gebräuchliche Testmethoden im Hinblick auf ihre Genauigkeit und Reproduzierbarkeit schon jetzt an ihre Grenzen, so dass genauere Messmethoden notwendig werden.

Charakterisierung von ESD-Schutzstrukturen

Im Auftrag verschiedener Industriekunden charakterisieren Forscherinnen des Fraunhofer EMFT ESD-Schutzstrukturen im ESD relevanten Hochstrombereich und mit einer transienten Auflösung von wenigen zehn Picosekunden. Auf Basis der Analyseergebnisse entwickeln die Experten leistungsfähige Schutzkonzepte für unterschiedliche Anwendungen und Anforderungen.

Für die Arbeiten kommen ein modernes vollausgebautes HPPI3011C TLP System in Verbindung mit einem 300 mm Cascade PA300 oder das HPPI ATS_8000A Flying Probe System in Verbindung mit breitbandigen Oszilloskopen (>33 GHz) von Keysight zum Einsatz.

Für Industriepartner u.a. aus den Bereichen Automobil und LED-Beleuchtung werden ESD/ EOS-induzierte Ausfallszenarien reproduzierbar nachgebildet, Belastungen messtechnisch bis in den Pikosekunden-Bereich erfasst und deren Robustheit systematisch gesteigert.

Auf Systemebene sind die Expertinnen und Experten des Fraunhofer EMFT darauf spezialisiert, auch designbedingte Störeffekte aufzuspüren und geeignete Schutzkonzepte zu entwickeln.

CC-TLP als neuer Standard für ESD Messungen

Mit dem so genannten Capacitively Coupled Transmission Line Pulsing (CC-TLP) haben die Forschenden eine neuartige Messtechnik entwickelt und patentiert, die bei der Bauteilprüfung eine wesentlich höhere Genauigkeit und Reproduzierbarkeit als der gebräuchliche CDM (Charged Device Model) Test aufweist. Dies ist vor allem bei modernen Technologien mit geringer ESD-Toleranz wichtig. Besonders nützlich ist auch die Möglichkeit, Schaltungen direkt auf einem Wafer testen zu können, so dass Schwächen im ESD-Schutz frühzeitig erkannt werden.

Im Oktober 2022 wurde CC-TLP als ein standardisiertes Verfahren für ESD-Tests unter ANSI/ESD SP5.3.4-2022 veröffentlicht.

Leistungen im Bereich ESD Untersuchungen und Qualifikation

Unser Angebot richtet sich an Unternehmen, die ESD-Testmethoden intern etablieren oder bestehende Prozesse optimieren möchten – mit Lösungen, die exakt zu ihren Technologien und Produkten passen. Unsere Leistungen im Überblick:

• ESD Human Body Model (HBM) Test nach ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2023 auf Wafer/Die/Package Level (2-Pin HBM Tester)
• ESD Charged Device Model (CDM) Test nach ANSI/ESDA/JEDEC JS-002-2025
  
• ESD Hochstromcharakterisierung mit Transmission Line Pulsing (TLP) auf Wafer/Die/Package Level mit Impulslängen im sub ns bis in den µs Bereich bei verschiedenen Anstiegszeiten (ANSI/ESD STM5.5.1-2016)
• Capacitively Coupled TLP (CC-TLP) zur Evaluation der CDM-Festigkeit mit einer wesentlich höheren Genauigkeit und Reproduzierbarkeit (Standard Practice Document der ESDA veröffentlicht als ANSI/ESD SP5.3.4-2022)
• Human Metal Model (HMM) Messungen nach ESD SP5.6-2019
• System-Level ESD Untersuchungen angelehnt an IEC 61000-4-2
• Belastung von Schaltungen in Standardgehäusen, aber auch von Spezialgehäusen bis hin zu Bare Dies

Ein zentraler Mehrwert für unsere Kunden: Wir entwickeln auf Wunsch komplette, schlüsselfertige ESD-Testgeräte – für CDM oder CC-TLP – die sich nahtlos in bestehende Entwicklungs- und Qualitätssicherungsprozesse integrieren lassen. Unternehmen erhalten damit die Möglichkeit, ESD-Tests eigenständig, effizient und normgerecht durchzuführen. In enger Zusammenarbeit mit Partnern wie der High Power Pulse Instruments GmbHentstehen daraus marktreife Systeme, die bereits erfolgreich vertrieben und in der Industrie eingesetzt werden.

EMV Messungen und Untersuchungen

• Scannermessungen der Abstrahlung von Produkten auf Boardlevel
• Messung der Empfindlichkeit von Systemen gegenüber Störeinstrahlungen (leitungs- oder nicht leitungsgebunden)

Sie suchen praxistaugliche ESD-Lösungen für Ihre Entwicklung oder Fertigung?

Kontaktieren Sie uns – wir unterstützen Sie mit individuellen Testmethoden und maßgeschneiderten Systemlösungen.