../icons/Logo.pngPraktische Elektronik


Wir treffen Vorkehrungen, um elektrostatische Entladungen zu vermeiden.


Vorsicht elektrostatische Entladung: ESD


Vorsicht elektrostatische Entladung: ESD

  • ESD ist die Abkürzung für elektrostatische Entladung (electrostatic discharge).

Empfindliche Bauelemente

Viele elektronische Bauelemente sind empfindlich gegen elektrostatische Entladung:

  • MOSFET
  • Digitale ICs (CMOS, HCMOS)
  • Analoge ICs (COMS)
  • Baugruppen mit empfindlichen Bauelementen

Schäden an Bauelementen

  • Meistens sind die Bauelemente nicht sofort defekt,
  • sondern nur teilweise geschädigt und
  • weichen von ihren Daten ab.
  • Leichte Schäden führen im Laufe der Zeit zu Folgeschäden,
  • meistens dann, wenn die Bauteile eingebaut sind.

Folgen elektrostatischer Aufladung

Elektrostatische Entladung ist die Folge einer elektrostatischen Aufladung.

Die Folgen kennen wir

  • Blitze als Folge elektrostatischen Aufladung der Atmosphäre.
  • Funken als Folge elektrostatischen Aufladung von Kleidung.
  • Kribbeln in den Fingerspitzen als Folge elektrostatischer Aufladung an Rolltreppen.

Elektrostatische Aufladung am Arbeitsplatz

An unserem Arbeitsplatz kann es zu elektrostatischer Aufladung kommen:

  • durch Reibung an Kleidung mit Kunststoff
  • durch Reibung zwischen Schuhen und Fußboden mit Kunststoff
  • durch Öffnen einer Kunststofftüte
  • durch Reibung an Kunststofffolien
  • durch Reibung an der Kunststoffoberfläche des Arbeitsplatzes

Auch wir als Person können uns elektrostatisch aufladen.

Elektrostatische Entladung

Elektrostatisch aufgeladene Gegenstände auch wir als Person können elektrostatische Entladungen verursachen. Sie entstehen, wenn wir Gegenstände berühren, die aufgeladen sind oder gegen die wir aufgeladen sind.

Diese Entladung erzeugt

  • hohe Spannungen und/oder
  • kurzzeitig hohe Ströme

Für elektronische Bauelemente sind sind sowohl hohe Spannungen als auch hohe Ströme gefährlich.

Schutz gegen elektrostatische Entladung

  • Vermeiden elektrostatischer Aufladung
  • Vermeiden schneller Entladung

Vermeiden elektrostatischer Aufladung

  • Kleidung ohne Kunststoff oder Wolle
  • Fußboden und Schuhe ohne Kunststoff
  • Arbeitsplatz ohne Kunststoff
  • hochohmige Erdung

Vermeiden schneller Entladung

  • sanftes Entladen durch
  • hochohmige Erdung
  • hochohmige Verpackung
  • keine Metallteile unmittelbar berühren (niederohmiges Entladen)
  • Anschlüsse der Bauelemente hochohmig kurzschließen
  • erst hochohmig kurzschließen, dann darf auch niederohmig kurzgeschlossen werden.

Hochohmig

Mit ESD-hochohmig sind Widerstände zwischen 1MΩ und 35MΩ gemeint.

  • Meistens wird 1MΩ verwendet.
  • Der Widerstand muss für hohe Spannungen ausgelegt sein
  • Professionelle Geräte sind über einen Widerstand von 1MΩ geerdet.
  • Es gibt Armbänder, die über einen Widerstand von 1MΩ geerdet sind.
  • Der Widerstand ist so hoch, dass Personen bei Berührung spannungsführender Teile nicht gefährdet werden.
  • Es gibt Arbeitsmatten, die hochohmig leiten.
  • Die Arbeitsmatten sind über einen Widerstand von 1MΩ geerdet.
  • Arbeitsplatten aus Metall sind genauso problematisch wie solche aus Kunststoff.

ESD im Hobby-Bereich

Elektrostatische Entladung könne wir durch drei Maßnahmen vermeiden.

  • Durch die Ausstattung des Arbeitsplatzes
  • Durch unser Verhalten
  • Durch Verwendung geeigneter Verpackung

Ausstattung des Arbeitsplatzes

  • Unbehandeltes Holz hat ähnliche Eigenschaften wie hochohmige Arbeitsmatten.
  • Kleidung aus Baumwolle erzeugt keine elektrostatische Aufladung.
  • Teppiche aus Kunststoff sind problematisch.
  • Böden aus Kunststoff wie z.B. Venylbeläge oder -böden sind problematisch.
  • Auch Holzplatten auf auf dem Kunststoffboden helfen nicht.
  • Eine hochohmig geerdete Holzplatte auf dem Kunststoffboden hilft.
  • Stühle mit Kunststoffoberfläche sind ungünstig.
  • insbesondere Bürostühle mit Rollen auf Kunststoffboden sind ungünstig.
  • Werkzeug mit ESD-Beschichtung ist vorteilhaft.
  • Pinzetten mit ESD-Beschichtung sollten verwendet werden.
  • die Erdung über einen 1MΩ Widerstand sollte nicht selbst vorgenommen werden.
  • Weil der kleinste Fehler Leben gefährden kann.
  • Ein Schutzkontakt-Blindstecker mit 3x 10mm Druckknopfanschlüssen kostet etwa 10€.

Geeignete Verpackung

  • Bauelemente in ESD-Verpackung aufbewahren
  • Kunststofffolie mit sehr dünner Metallbeschichtung
  • sehen metallisch oder rosa aus
  • oder in ESD-Schaumstoff aufbewahren
  • sehen schwarz oder rosa aus
  • niemals in Styropor
  • niemals Klebefilme wie Tesa verwenden
  • oder in spezieller IC-Verpackung
  • Alufolie ist ungeeignet
  • Plastiktüten und Kunststoffboxen sind ungeeignet
  • Metallboxen sind ungeeignet
  • Zur Not gehen
  • Papier und Pappe - kein Hochglanz
  • Holzkästen (unbehandelt)

Vorschlag für die Ausstattung

  • Arbeitsplatte aus unbehandeltem Sperrholz

Gute ESD-Ausstattung

  • Schutzkontakt-Blindstecker mit 3x 10mm Druckknopfanschlüssen
  • Pinzette mit ESD-Beschichtung
  • Arbeitsplatte aus unbehandeltem Sperrholz 5mm dick
  • Verbindung zum Blindstecker für ESD-Erdung
  • Bei Kunststoffboden Sperrholzplatte 10mm
  • Verbindung zum Blindstecker für ESD-Erdung
  • ESD-Armband mit 1MΩ Widerstand
  • am besten unmittelbar mit den Blindstecker für ESD-Erdung verbunden
  • Eine Verbindung zur EDS-Arbeitsplatte ist nicht so günstig
  • obwohl dieses meistens angeboten wird.

ESD-gerechtes Verhalten

  • ESD-gefährdete Bauelemente in ESD-Tüten oder in ESD-Schaumstoff aufbewahren.
  • Plastiktüten oder Plastikboxen sind ungeeignet aber auch Metallboxen und Alufolie.
  • Zur Not gehen Papier oder Pappe
  • Erst die Arbeitsplatte aus Holz anfassen,
  • dann die Tüte mit dem Bauelement,
  • dann das Bauelement.
  • bei MOSFET vor dem Herausnehmen die Anschlüsse mit einem dünnen Draht kurzschließen.
  • das Bauelement einbauen, anschließen, einlöten und erst dann den Kurzschluss entfernen.
  • Das gilt auch bei Steckboards
  • Beim Aufstehen und Hinsetzen die Arbeitsplatte aus Holz berühren.

ESD-empfindliche Bauelemente

Im Prinzip sind alle Bauelemente mit MOS empfindlich.

  • CMOS-Bausteine enthalten normalerweise Schutzschaltungen gegen ESD
  • MOSFET enthalten keine Schutzschaltung gegen ESD
  • je kleiner die maximal zulässige Gate-Source-Spannung Ugs, um so empfindlicher
  • je geringer die Gate-Source-Kapazität Ciss ist, um so gefährdeter.
  • In der Praktischen Elektronik werden oft MOSFET für kleine Spannungen verwendet.
  • Der IRLML6402 hat eine Ciss von 633pF und eine Ugs von 12V
  • Der 2N7000 hat eine Ciss von 20pF und eine Ugs von 20V
    Der 2N7000 ist allgemein als sehr empfindlich bekannt.

Regeln für ESD im Hobbybereich

ESD Elektrostatische Entladung (electrostatic discharge)

Gefährdete Bauelemente

  • Kleinsignal-MOSFET insbesondere der 2N7000 sind sehr gefährdet
  • MOSFET mit geringer Gate-Source-Spannung
  • MOSFET
  • Feldeffekt-Transistoren FET
  • CMOS-Bauelemente
  • Mikroelektronik
  • Bipolare Bauelemente
  • Bauelemente der Leistungselektronik sind wenig gefährdet

Einfache Maßnahmen

  • Kleidung aus Baumwolle
  • keine Wolle oder Kunststoff.
  • Arbeitsplatte aus unbehandeltem Holz z.B. Sperrholz.
  • Papier und Pappe - kein Hochglanz - gehen zur Not.
  • ESD-gefährdete Bauelemente in ESD-Tüten oder in ESD-Schaumstoff aufbewahren.
  • ESD-Tüten sehen metallisch oder rosa aus. ESD-Schaumstoff schwarz oder rosa.
  • Plastiktüten oder Plastikboxen sind ungeeignet aber auch Metallboxen und Alufolie.
  • Styropor ist hochgefährlich.
  • Klebefilm wie Tesa ist hochgefährlich.
  • Zur Not gehen Papier, Pappe oder Holzkästen - unbehandelt.
  • ESD-Werkzeug verwenden
  • Eine ESD-Pinzette ist zu empfehlen.

Verhalten

  • Beim Hinsetzen und Aufstehen die Arbeitsplatte aus Holz berühren.
  • Baugruppe oder Steckboard liegt auf der Arbeitsplatte.
  • Am besten werden empfindliche Bauelemente als letzte eingesetzt.
  • zumindest sind die Anschlüsse nicht offen.
  • Beim Einsetzen empfindlicher Bauelemente immer wieder die Arbeitsplatte aus Holz berühren,
  • Tüte oder Schaumstoff mit dem Bauelementen auf die Arbeitsplatte legen,
  • das Bauelemente aus liegender Tüte / Schaumstoff (mit ESD-Pinzette) entnehmen.
  • Beim Herausnehmen eines MOSFET die Anschlüsse mit dünnen Draht kurzschließen.
  • MOSFET einbauen, anschließen, einlöten und erst dann den Kurzschluss entfernen.

Besser

  • Fußboden aus unbehandeltem Holz.
  • Arbeitsplatte und Fußbodenplatte hochohmig mit 1MΩ bis 10MΩ erden.
  • Erdungsstecker kaufen nicht selbst basteln.
  • ESD-Arbeitsplatte
  • ESD-Armband mit 1MΩ Widerstand