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9-2012

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HF-Praxis 9/2012

EMV Bild 5: Volumenscan

EMV Bild 5: Volumenscan über Streifenleiter mit horizontaler Magnetfeld-Mikrosonde Die Kennlinie jeder Nahfeldmikrosonde wird so ermittelt und für spätere Kalibriermessungen gespeichert. Volumenscan über 50-Ohm-Streifenleitung mit vertikaler H-Feldsonde Bild 3 zeigt eine 3D-Darstellung eines Volumenscans über der Kalibrier-Streifenleitung. Verwendet wurde die Nahfeldmikrosonde mit vertikaler Polarisation. Die Mikrosonde wurde quer über die Streifenleitung im Abstand von ca. 20 µm bewegt. Die vertikal polarisierte Mikrosonde misst über dem Leiterzug hohe Magnetfeldstärken. Erkennbar im Bild 3 ist die hohe Selektivität der Sonde. Die räumliche Ausprägung des Magnetfeldes um die Streifenleitung wird sehr gut wiedergegeben. Ein weiterer Anwendungsbereich dieser Messmethode ist die selektive PIN-Messung an allen Seiten eines IC wie im Bild 4 dargestellt. Die automatische selektive Messung der EMV- Emissionen aller Pins erfolgt in sehr kurzer Zeit. Etwa 60 Pins pro Minute sind messbar. Mit dieser Methode ist ein spezielles EMV-Messverfahren entwickelt worden, um allgemeingültige Bewertungen aller Pins des Halbleiters in kurzer Zeit vornehmen zu können. Volumenscan über 50-Ohm-Streifenleitung mit horizontaler H-Feldsonde Bild 5 zeigt in 3D-Darstellung das Messergebnis des Volumenscans mit einer horizontal polarisierten Mikrosonde über der gleichen Streifenleitung. Im Unterschied zur vertikal polarisierten Sonde wird bei der Horizontalsonde die Lage der Mitte der Kalibrier-Streifenleitung mit hoher Selektivität gemessen. Die Messauflösung kann bis zu 50 µm betragen. Intensive Magnetfelder befinden sich an den Kanten des Streifenleiters. Hier befinden sich die jeweiligen lokalen Maxima des Volumenscans. Bei gleichem Messvolumen und gleicher Sondenauflösung erhält man hier das entgegengesetzte Sondenverhalten: Vertikalsonde: Maximum über dem Leiterzug Horizontalsonde: Minimum über dem Leiterzug Volumenscan über IC Im Bild 6 ist das Messergebnis des Volumenscans eines IC dargestellt. Das Messvolumen beträgt 11 x 11 x 1,6 mm über einem IC mit 44 Pins. Eingesetzt wurde eine horizontal orientierte Mikrosonde. Die Lokalisierung der Feldquellen ist sehr anschaulich und leicht möglich. Die Feldverteilung an der Oberfläche lässt Schlüsse auf die innere IC Struktur zu. Bei der räumlichen Darstellung des Magnetfeldes werden die Orte gleicher Feldstärke durch ISO- Linien verbunden und in ihrer Intensität farbig dargestellt (rot: intensive Störausstrahlung). Am Ende der Messung stehen für alle Frequenzen des Messintervalls die Oberflächenscans zur Verfügung und zwar pro Frequenzpunkt und pro Volumenebene ein kompletter Oberflächenscan. Durch Auswahl der Peaks im gemessenen kumulativen Spektrum und Einstellung der zugehörigen Frequenz in der Auswertesoftware werden über den Frequenzwert des Oberflächenscans die Feldquellen der Störemissionen lokalisierbar. Surfacescan über IC Bild 7 zeigt das Messergebnis für die Surface-Scan-Messung am gleichen IC mit seinen 44 Pins. Die Mikrosonde wurde in 10-µm-Schritten auf einer Messebene von 11 x 11 mm Fläche geführt. Bei geringer Messzeit sind bei diesem Beispiel keine größeren Unterschiede in den Darstellungen erkennbar. Wird die Messfläche zu hoch über dem IC festgelegt sind bestimmte HF- Quellen nicht mehr erkennbar. Zusammenfassung Es werden elektromagnetische Störfeldquellen in ICs und offenen DIEs lokalisiert und ihre Emissionen unter Verwendung hochauflösender EMV-Scans schrittweise entwicklungsbegleitend minimiert. Die Messung der elektromagnetischen Störemission erfolgt mit Nahfeldmikrosonden, Spektrumanalysator und einem hochauflösenden Positioniersystem, das gleichzeitig die Raumkoordinaten des elektromagnetischen Feldes bestimmt. Mit der dreidimensionalen grafischen Darstellung der Messergebnisse notwendiger Weise in mehreren Ebenen als räumliche Amplituden-Frequenz-Charakteristik werden die Hot-Spots der EMV-Emissionen aufgespürt. Das EMV-Testsystem ist einsetzbar zur Charakterisierung des elektromagnetischen Emissionsverhaltens von ICs. Es lassen sich funktions- und pinkompatible ICs für Komponentenanwendungen hinsichtlich ihrer EMV- Eigenschaften genau klassifizieren. Anhand der Messungen an der Kalibrier-Streifenleitung mit unterschiedlichen Nahfeldmikrosonden, dass eine Abschätzung von zu erwartenden Feldern unterteilt in E- und H-Feld möglich ist. Innerhalb kurzer Zeit und mit reproduzierbaren Ergebnissen können Messungen im Nahfeldbereich durchgeführt werden. Unter Beachtung der Parameter wie Abstand (Seite/Höhe), Schrittweite und anliegender Feldstärken können unterschiedlich feine Strukturen aufgelöst und getrennt nach Feldart gemessen werden. Auflösungen im 100-µm–Bereich lassen einen genauen Einblick über Verteilung und Stärke von Feldern und deren möglichen Störaussendungen zu. Am IC lassen sich Übereinstimmungen von Strom- und Feldmessung ermitteln. Als Ergebnis dieser Messung kann das Spektrum und der Wirkungsbereich extrahiert werden. Im Visualisierungsbereich ist erkennbar, dass Unterscheidungen zwischen einzelnen Pins in Abhängigkeit der Feldrichtung möglich sind. Damit sind wichtige Hilfsmittel für die IC–Entwicklung gegeben. An kleinen Strukturen, wie an offenen DIEs, lassen sich mit Hilfe der Nahfeldmikrosonden sowohl das E– als auch das H-Feld getrennt bestimmen. Durch die Messung des H-Feldes können die Stromlaufpfade des IC im Nahfeld verfolgt werden. (siehe Bild 6) Der erforderliche Zeitaufwand für diese aussagefähige Messmethode liegt im Bereich weniger Stunden und fällt im praktischen Laborbetrieb insofern nicht ins Gewicht, da die gesamte Messung automatisch abläuft, einschließlich der vollständigen Dokumentation aller Messergebnisse und Messparameter. 28 hf-praxis 9/2012

EMV Bild 6: Volumenscan über IC: 3D-Darstellung der ISO- Feldlinien bei Frequenzpeak 50 MHz Bild 7: Surface Scan über IC: 3D-Darstellung der ISO- Feldlinien bei Frequenzpeak 50 MHz Die Messmethode ist weiterhin einsetzbar, um IC-Entwicklern ein leistungsfähiges Werkzeug zur Verfügung zu stellen, entwicklungsbegleitend die Bewertung des erreichten Qualifikationsstandes des Halbleiters vornehmen zu können. Werden IC-Muster verschiedener Entwicklungsstufen ausgemessen, so ist es dem Entwickler möglich, die Auswirkung seiner Änderung am IC im Nahfeldbereich zu messen und zu bestim- men. Damit können frühzeitig im Entwicklungsprozess des ICs Rückschlüsse gezogen und bekannte EMV-Maßnahmen bereits während der laufenden Entwicklung vorgenommen werden. ◄ © 2010 AWR Corporation. All rights reserved. AWR ® , der Innovationsführer bei Hochfrequenz-EDA-Soft ware, liefert Software, welche die Ent wick lung von High- Tech-Produkten beschleu nigt. Mit AWR als Ihre Hochfrequenz- Design-Plattform können Sie neu ar tige, preiswerte Produkte schneller und zuverlässiger ent wickeln. Finden Sie heraus, was AWR für Sie tun kann: • Microwave Office ® für die Entwicklung von MMICs, Modulen und HF-Leiterplatten • AXIEM für 3D-Planar- Elektromagnetik-Analyse • Analog Office ® für das Design von RFICs • Visual System Simulator für die Konzeptionierung von Kommu ni kationsarchi tek turen Laden Sie eine KOSTENLOSE 30-Tage- Testversion herunter und über zeugen Sie sich selbst. www.awrcorp.com AWR Germany info@awrcorp.com +49 89 4111 23 702 hf-praxis 9/2012 29

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