人体ESDに適用する火花抵抗則の検証

摘要

近年の1Cの高速・低消費電力化により，静電気放電（ESD：Electrostatic discharge）が引き起こす過渡電磁雑音による電子機器の誤動作が問題となっている，この機器誤動作の詳しい機構解明のために喜も火花発生過程の解明が不可欠である．著者らは大気庄平における2種類の火花抵抗別に着目し，火花過程にある放電電流立ち上がり部分において，いずれの式を適用すべきかを実験的に検証した．用いた火花抵抗則の一つはRompe-Weizelの式であり，他のひとつはToeplerの式である．これらさもそれぞれ火花通路の導登率の時間変化が火花に注入される内部エネルギまたは電荷量に比例するとの仮説から導出された式である．本文では，金属棒を握った帯電人体からの放電電流を広帯域のディジタルオシロスコープ（帯域：12G地；サンプリング周波数：40GHz）で測定し，著者らが提案する放電電流等価回路モデルを用いて本来汎定できない放電電圧の推定をおこない，この結果を用いて火花通路のコンダクタンスの時間変化を導出したtまた，放電電流および放電電圧から電荷農と内部エネルギの時間変化を求め，これらのコンダクタンスとの相関関係を放電電流立ち上がり部分の時間範開において調べた．その結果，帯電電圧が200VはP漁ぬ即別の大気圧における最小火花電圧（約370V）よりも低いがト火花のコンダクタンスは内部エネルギーよりも電荷量に比例し，Toepl併の式が有利であるのに対して，帯電電圧が2000Vの場合はコンダクタンスは内部エネルギに比例し，Rompe-Weizelの式を適用できることが示された．さらに，最小二乗法を用いて近似直線を当てはめて求めた比例係数から火花長を導出したところ，帯電電圧200OVの場合，Paschen則から得られる火花濃とほぼ同等となることがわかった．%It is well known that human electrostatic discharge (ESD) events cause serious malfunctions in high-tech information devices. For the purpose of clarifying a generation mechanism of such human ESD events, initial spark process of spark discharges has so far been investigated by two types of spark resistance formulae: Rompe-WeizeFs formula and Toepier's formula, which were derived from the hypotheses that spark conductivity be proportional to the internal energy and charge injected into the spark channel, respectively. In this study, to examine which spark resistance formula could be used for explaining the initial spark process, we measured discharge currents through the hand-held metal piece from a charged human with a 12GHz digital oscilloscope, and thereby calculated discharge voltages using an equivalent circuit model for discharge currents we previously proposed. We then derived the conductance of a spark gap from the measured discharge currents and the estimated discharge voltages in order to validate the above spark hypotheses. As a result, we found that initial spark process at charge voltages of 200 V and 2000V could be better explained by Toepier's formula and Rompe-Weizel's formula, respectively.