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Die Anforderungen der ESD-Störfe-stigkeit sind in den einschlägigenNormen festgelegt. Die größte Ak-

zeptanz finden dabei die Normen IEC-61000-4-2 für Industrieanwendungen so-wie TR 10605 für die Kfz-Elektronik. Beiletzterer beträgt die Aufladekapazität 330pF und der Entladewiderstand 2 kW. DerEntladestrom zeichnet sich bei beidendurch einen extrem steilen Anstieg von

max. 1 ns aus (Bild 1) und die Prüfspan-nung liegt, je nach gefordertem Schärfe-grad, zwischen 2 kV und 25 kV. Da der Im-puls nur einige zehn Nanosekunden dau-ert, ist die davon ausgehende Energie ver-hältnismäßig gering (einige mJ). Die ei-gentliche Gefahr für die Elektronik stelltvielmehr der Strom dar, der innerhalb ei-ner Nanosekunde seinen Spitzenwert vonbis zu 30 A erreicht.Multilayer-Keramikkondensatoren, wie sievon vielen Automobilzulieferer als preis-günstige Lösung für den ESD-Schutz ver-wendet werden, können zwar – wenn auchin begrenzter Weise – die empfindlichenHalbleiter vor Zerstörung schützen, brin-gen jedoch aufgrund der verschärften ESD-Anforderungen der Automobilherstellerviele Probleme mit sich. Ist nämlich die aufden Kondensator einwirkende Energiehoch, kommt es unmittelbar zu Zerstörun-gen im Kondensator. Derartige Fehler sindklar identifizierbar. Ein Zusammenhangzwischen Wirkung und Ursache ist eindeu-tig erkennbar. Geringere Energiepotentialeführen jedoch zu schleichenden Schäden,die im Vergleich mit nicht gestreßten Bau-teilen nur schwer zu erkennen sind. SpätereFeldausfälle der Elektronik nach vielen Be-triebsstunden oder bei erneutem ESD-Streß sind dann die Folge. Der Kondensatorkann daher nur eine halbwegs vernünftigeLösung darstellen.

VaristorEine bessere und vor allen Dingen zuverläs-sigere Alternative hierfür bieten SMD-Vari-storen in Multilayer-Technologie wie sievon AVX unter dem Namen TransGuardangeboten werden. Der Preisverfall überdie letzten Jahre machen den Einsatz dieserBauteile in hochvolumigen Applikationen,

Die Verwendung von schnellen Mikro-

controllern und Prozessoren mit im-

mer feineren Strukturbreiten und zu-

nehmender Integrationsdichte führt zu

erhöhten Abstrahlungen und macht die

Elektronik anfälliger gegenüber äuße-

ren Störungen. Die Einhaltung der

EMV-Richtlinien und Sicherstellung

der Störfestigkeit gegen elektrostati-

sche Entladungen sind daher eine Not-

wendigkeit und gehören mittlerweile

ins Pflichtenheft eines jeden Automo-

bil-Herstellers

UssamaMargieh istManager fürtechnischenSupport beider AVXGmbH,85757 Karlsfeld

DER AUTOR

VARISTOREN STATT KONDENSATOREN

ESD-Schutzfür empfindliche

Kfz-Elektronik

Bauelemente THEMA

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wie die des Automobils und der mobilenKommunikation, noch attraktiver.Das in einem Varistor verwendete Materialbesteht aus Zinkoxyd-Körner (ZnO), die

mit anderen Oxiden vermischt werden.Elektrisch betrachtet bildet jeder Übergangzwischen je zwei benachbarten Körnernnach dem Brennvorgang bei hohen Tempe-raturen eine Schottky-Diode mit einer ty-pischen Durchbruchspannung von etwa3,6 V.Varistoren sind zur Zeit in zwei Technologi-en realisierbar. Single-Layer-Varistoren(SLV), bekannt auch unter dem NamenMOV (Metall-Oxyd-Varistoren), sind in derRegel radial bedrahtet, groß und für die Ab-sorption von energiereichen Störimpulsengedacht. Multilayer-Varistoren hingegensind relativ neu, in SMT-Gehäusen unterge-bracht und für den Schutz vor Impulsen mitgeringer Störenergie bestens geeignet.Die große Streuung der Korngröße und dieunregelmäßige Form der verwendetenKörner bei SLVs machen die Realisierungvon Typen für niedrige Spannungenschwierig. Die Durchbruchspannung (Vb)und der Leckstrom (Il) können nämlichvon Bauteil zu Bauteil innerhalb einer Pro-duktionscharge stark variieren. Prozentualgesehen spielt hingegen die Variation derKorngröße bei hohen Spannungen eineweit kleinere Rolle in Bezug auf die Para-

meter Vb und Il. SLVs stellen daher diepreisgünstigste Lösung dar, wenn es darumgeht, Transienten in Hochspannungs-Ap-plikationen zu unterdrücken (z.B. 220VAC). Für den ESD-Schutz sind sie abervöllig ungeeignet, da ihre Reaktionszeit beietwa 20 ns liegt. Applikationen auf Leiter-plattenebene verlangen außerdem ver-mehrt den Einsatz von SMD-Schutzbau-elementen und solche mit niedrigen Ar-beitsspannungen. Beide Eigenschaftenkönnen aber von SLVs nicht erfüllt werden.

Multilayer-VaristorenDie Technologie und Herstellungsprozesseder Multilayer-Varistoren lehnen sich sehrstark an die der Multilayer-Keramik-Kon-densatoren (Bild 2) an. Hierfür verwendet

man sehr feine ZnO-Körner, die für eine de-finierte und kontrollierte Durchbruchspan-nung verantwortlich sind. Dadurch ist eseinfach, MLVs für niedrige Nennspannun-gen bis hinunter zu 3,6 V herzustellen. Ta-belle 1 zeigt am Beispiel des 0603-TransGuards die für MLVs relevanten elektri-schen Parameter. Der 18-V-Typ erfüllt dieJump-Start-Anforderungen von 24,5 V für5 Minuten bzw. 27 V für 2 Minuten und eig-

net sich somit für Pkw-Anwendungen. Für denSchutz gegen ESD ist einMLV mit einer Aufnah-meenergie von 20 bis 100mJ völlig ausreichend, dadie durch den Entlade-vorgang resultierendeStörenergie sich in die-sem Bereich bewegt. Jenach Applikation kanndie Eigenkapazität desMLVs vorteilhaft sein

Bild 1: Entladestrom nachder Norm TR 10605

Bild 2: Technologie undHerstellungsprozesse derMultilayer-Varistoren

Tabelle 1: Wichtige elek-trische Parameter derMultilayer-Varistoren amBeispiel des 0603-Trans-Guard

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oder aber die Schaltungseigenschaften ne-gativ beeinflussen. Beim Schutz der Versor-gungsleitungen trägt diese zur Verminde-rung der Störabstrahlung bei. Konfiguratio-

nen aus einer Zenerdi-ode als einfache ESD-Lösung und einem hier-zu parallelgeschalteten,Entstörkondensatorkönnen somit in vielenFällen durch einen MLVersetzt werden. Für alleAnwendungen, die keinehohe Kapazität erlau-ben, bietet AVX eine nie-derkapazitive Versionmit 18 V Nennspannung

mit einer max. Kapazität von 75 pF.Bild 3 zeigt ein typisches Anwendungsbei-spiel, bei dem der MLV zwischen der zuschützenden Leitung und der Signalmasseplatziert wird. Im Gegensatz zu Suppres-sor-Dioden arbeiten Varistoren von Hauseaus bidirektional, so daß Transienten bei-der Polaritäten automatisch begrenzt wer-den. Im folgenden sind einige wichtigeMerkmale der TransGuard-Varistoren vonAVX aufgezählt:

� kurze Ansprechzeit von ca. 0,5 ns (unver-zichtbar für den ESD-Schutz)

� sehr hohe Zuverlässigkeit bei wiederhol-ten Belastungen, sichergestellt durch dieinnere Struktur mit den millionenfachvorhandenen P/N-Übergängen (Bild 4)

� voll belastbar von –55 bis +125 °C� geringer Platzbedarf aufgrund der SMD-

Bauweise

� Bauformen 0603 bis 1210 mit Arbeits-spannungen von 3,3 V bis 60 V

� niederkapazitive Versionen für High-Speed-Applikationen verfügbar

Neu im Lieferprogramm von AVX sind Ar-rays der Serie MultiGuard (Bild 5), diskreteVaristoren der Bauform 0402 sowie Durch-führungsvaristoren im 0805-Gehäuse.Die 4-fach- und 2-fach-Arrays in 1206 bzw.0805 ermöglichen – neben der Platzerspar-nis auf dem PCB – eine Reduzierung derKosten und Anzahl der Bauteile. Sie sindfür alle Applikationen von Interesse, dieden gleichzeitigen Schutz mehrerer I/O-Leitungen erfordern.

Durchführungs-VaristorGegegenüber dem Standard-Varistor weistder Durchführungsvaristor – aufgrund sei-ner geringeren Eigeninduktivität – einenoch schnellere Reaktionszeit von ca. 0,2 nssowie bessere Dämpfungseigenschaftenauf. Eine unabdingbare Voraussetzung fürdas Erzielen dieser Eigenschaften ist aller-dings eine kurze (niederinduktive) Anbin-dung der Anschlüsse an Masse. Das Bauteil

erfüllt somit zwei Funktionen, näm-lich die eines Varistors für den ESD-Schutz und die eines Durch-führungskondensators für die EMI-Entstörung. Dadurch kann Platzund Kosten gespart werden.Eine weitere Neuentwicklung vonAVX ist ein Varistor mit sehr niedri-ger Kapazität (12 pF bzw. 3 pF), dersich beispielsweise für den ESD-Schutz von CAN-Bussystemen imAutomobilbereich bestens eignet.Um den Anforderungen bezüglichder Zuverlässigkeit der Lötverbin-dung gerecht zu werden, bietet AVX

seit kurzem auch MLVs mit einer Nickel-Sperrschicht-Terminierung an.

Bild 3: Typisches Anwen-dungsbeispiel eines MLV,der Varistor wird zwi-schen der zu schützendenLeitung und der Signal-masse plaziert

Bild 4: TransGuard-Varistoren besitzen eine hoheZuverlässigkeit auch bei wiederholten Belastungen

Bild 5: Die Serie MultiGuard von AVX

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