Vorsicht elektrostatische Entladung: ESD

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

Empfindliche Bauelemente

Viele elektronische Bauelemente reagieren empfindlich auf elektrostatische Entladungen:

• MOSFET

• Digitale ICs (CMOS, HCMOS)

• Analoge ICs (CMOS)

• Baugruppen mit empfindlichen Bauelementen

Besonders empfindliche Bauelemente

Grundsätzlich sind alle MOS-Bauelemente empfindlich.

• CMOS-Bausteine enthalten normalerweise Schutzschaltungen gegen ESD.

• Siehe: CMOS- und 74HC-Schutzschaltung.

• MOSFETs enthalten keine Schutzschaltung gegen ESD.

• Je kleiner die maximal zulässige Gate-Source-Spannung U_gs ist, desto empfindlicher ist ein MOSFET.

• Je kleiner die Gate-Source-Kapazität C_iss ist, desto empfindlicher.

• Der IRLML6402 hat eine C_iss von 633pF und eine U_gs von 12V.

• Der 2N7000 hat nur eine C_iss von 20pF und eine U_gs von 20V.
  Der 2N7000 ist allgemein als sehr empfindlich bekannt.

Schäden an Bauelementen

• In den meisten Fällen sind die Bauelemente nicht sofort defekt,

• sondern nur partiell geschädigt und

• weichen von ihren Daten ab.

• Kleine Schäden führen im Laufe der Zeit zu Folgeschäden,

• meistens dann, wenn die Geräte im Betrieb sind.

Auswirkungen elektrostatischer Aufladung

Elektrostatische Entladung ist die Folge einer elektrostatischen Aufladung.

Die Folgen kennen wir

• Blitze als Folge elektrostatischer Aufladung der Atmosphäre.

• Funkenbildung als Folge elektrostatischer Aufladung der Kleidung.

• Kribbeln in den Fingerspitzen als Folge elektrostatischer Aufladung auf Rolltreppen.

Elektrostatische Aufladung am Arbeitsplatz

Am Arbeitsplatz kann es zu elektrostatischer Aufladung kommen:

• durch Reibung von Kleidung aus Kunststoff

• durch Reibung zwischen Schuhen und Kunststoffboden

• beim Öffnen einer Kunststofftüte

• durch Reibung an Kunststofffolien

• durch Reibung an der Kunststoffoberflächen am Arbeitsplatzes

Auch wir selbst können uns elektrostatisch aufladen.

Elektrostatische Entladung

Elektrostatisch aufgeladene Gegenstände und auch wir selbst können elektrostatische Entladungen verursachen. Sie entstehen, wenn wir Gegenstände berühren, die aufgeladen sind oder gegen die wir uns aufgeladen haben.

Diese Entladung erzeugt

• hohe Spannungen und/oder

• kurzzeitig hohe Ströme

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

Schutz vor elektrostatischer Entladung

• Elektrostatische Aufladung vermeiden

• Schnelle Entladung vermeiden

Vermeiden elektrostatischer Aufladung

• Kleidung ohne Kunststoff, Wolle und Seide

• Bodenbeläge und Schuhe ohne Kunststoff

• Arbeitsplatz ohne Kunststoff

• hochohmige Erdung

Vermeiden schneller Entladung

• sanftes Entladen durch

• hochohmige Erdung

• hochohmige Verpackung

• keine Metallteile direkt berühren (niederohmige Entladung)

• Anschlüsse von Bauelementen 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 werden über einen Widerstand von 1MΩ geerdet.

• Es gibt Armbänder, die über einen Widerstand von 1MΩ geerdet sind.

• Der Widerstand ist so hoch, dass Personen nicht gefährdet werden, wenn sie spannungsführende Teile berühren.

• Es gibt Arbeitsmatten, die hochohmig leiten.

• Diese Arbeitsmatten werden über einen Widerstand von 1MΩ geerdet.

• Arbeitsplatten aus Metall sind ebenso problematisch wie solche aus Kunststoff.

ESD im Hobby-Bereich

Vorsicht

Einen ESD-Anschluss bastelt man nicht selbst.

Das kann lebensgefährlich sein.

Für Personen, die direkt geerdet sind, kann der Kontakt mit spannungsführenden Teilen tödlich sein.

Auch Leitungen mit Krokodilklemmen sind bedenklich.

Am besten ist ein Schutzkontakt-Blindstecker mit ESD-Anschluss.

Elektrostatische Entladungen können wir durch drei Maßnahmen vermeiden:

• durch die Ausstattung des Arbeitsplatzes

• durch unser Verhalten

• durch die Verwendung geeigneter Verpackungen

Ausstattung des Arbeitsplatzes

• Unbehandeltes Holz hat ähnliche Eigenschaften wie hochohmige Arbeitsmatten.

• Baumwollkleidung erzeugt keine elektrostatische Aufladung.

• Teppiche aus Kunststoff sind problematisch.

• Bodenbeläge aus Kunststoff, wie z.B. Venylbeläge, sind problematisch.

• Auch Holzplatten auf Kunststoffböden helfen nicht.

• Eine hochohmig geerdete Holzplatte auf dem Kunststoffboden hilft.

• Stühle mit Kunststoffoberflächen sind ungünstig.

• Insbesondere Bürostühle mit Rollen auf Kunststoffböden sind ungünstig.

• Werkzeug mit ESD-Beschichtung sind vorteilhaft.

• Pinzetten mit ESD-Beschichtung sollten verwendet werden.

• Die Erdung über einen 1MΩ Widerstand sollte nicht selbst bebaut werden,

• weil der kleinste Fehler lebensgefährlich sein kann.

• Ein Schutzkontakt-Blindstecker mit 3 x 10mm Druckknopfanschlüssen kostet etwa 10€.

Geeignete Verpackung

• Bauelemente in ESD-Verpackung aufbewahren

• Kunststofffolie mit sehr dünner Metallbeschichtung

• sieht metallisch oder rosa aus

• oder in ESD-Schaumstoff

• sieht schwarz oder rosa aus

• oder in spezieller IC-Verpackung aufbewahren.

• Niemals in Styropor,

• niemals Alufolie über Styropor oder

• niemals Klebefilme wie Tesa verwenden.

• Alufolie ist ungeeignet.

• Plastiktüten und Kunststoffboxen sind ungeeignet.

• Metallboxen sind ungeeignet.

• Zur Not gehen

• Papier und Pappe - kein Hochglanz

• Holzkästen (unbehandelt)

Gute ESD-Ausstattung

• Schutzkontakt-Blindstecker mit 3x 10mm Druckknopfanschlüssen

• Pinzette mit ESD-Beschichtung

• Arbeitsplatte aus unbehandeltem Sperrholz 5mm dick

• mit Verbindung zum Blindstecker für ESD-Erdung.

• Bei Kunststoffboden 10mm dicke Sperrholzplatte

• mit Verbindung zum Schutzkontakt-Blindstecker für ESD-Erdung.

• ESD-Armband mit 1MΩ Widerstand

• am besten direkt mit dem Schutzkontakt-Blindstecker für ESD-Erdung verbunden.

• Eine Verbindung zur EDS-Arbeitsplatte ist nicht so günstig,

• obwohl dieses meistens angeboten wird.

Der in Bild 1 dargestellte Schutzkontakt-Blindstecker mit drei Druckknöpfen, die jeweils mit einem eigenen Schutzwiderstand versehenen sind, ist sehr zu empfehlen. Außerdem ist ein ESD-Armband mit Spiralkabel auf einer ESD-Arbeitsplatte dargestellt.

ESD-gerechtes Verhalten

• ESD-gefährdete Bauelemente in ESD-Beuteln oder in ESD-Schaumstoff aufbewahren.

• Nicht geeignet sind Plastiktüten, Plastikboxen, Metalldosen und Alufolie.

• Notfalls Papier oder Pappe verwenden.

• Zuerst die Arbeitsplatte aus Holz anfassen,

• dann den ESD-Beutel mit dem Bauelement,

• dann das Bauelement.

• Bei MOSFETs vor dem Herausnehmen die Anschlüsse mit einem dünnen Draht kurzschließen.

• Den MOSFET einbauen, anschließen oder einlöten und erst dann den Kurzschluss entfernen.

• Das gilt auch für Steckboards.

• Bei MOSFETs in SMD-Gehäusen ist höchste Vorsicht geboten.

• Beim Aufstehen und Hinsetzen die ESD-Arbeitsplatte berühren.

ESD-Regeln im Hobbybereich

ESD Elektrostatische Entladung (electrostatic discharge)

Gefährdete Bauelemente

• Kleinsignal-MOSFETs insbesondere der 2N7000 sind besonders gefährdet.

• MOSFET mit geringer Gate-Source-Spannung U_gs

• MOSFET mit kleiner Gate-Kapazität C_iss

• MOSFET

• Feldeffekt-Transistoren FET

• CMOS-Bauelemente

• Mikroelektronik

• Bipolare Bauelemente

• Bauelemente der Leistungselektronik sind weniger gefährdet.

Einfache Maßnahmen

• Kleidung aus Baumwolle

• keine Wolle, Seide oder Kunststoff.

• Arbeitsplatte aus unbehandeltem Holz, z.B. Sperrholz.

• Papier und Pappe - kein Hochglanz - gehen zur Not.

• ESD-gefährdete Bauelemente in ESD-Beuteln oder in ESD-Schaumstoff aufbewahren.

• ESD-Beutel sehen metallisch oder rosa aus, ESD-Schaumstoff schwarz oder rosa.

• Plastiktüten oder Plastikboxen sind ungeeignet, aber auch Metalldosen und Alufolie.

• Styropor ist sehr gefährlich,

• insbesondere Alufolie über Styropor.

• Klebefilm wie Tesa ist sehr gefährlich.

• Zur Not gehen Papier, Pappe oder unbehandelte Holzkästen.

• ESD-Werkzeug verwenden.

• Eine ESD-Pinzette wird empfohlen.

Verhalten

• Beim Hinsetzen und Aufstehen die Arbeitsplatte aus Holz berühren.

• Baugruppe oder Steckboard liegt auf dieser Arbeitsplatte.

• Empfindliche Bauteile sollten möglichst zuletzt eingebaut werden.

• Die Anschlüsse empfindlicher Bauteile sind nicht offen.

• Beim Einsetzen empfindlicher Bauelemente immer wieder die Arbeitsplatte berühren,

• ESD-Beutel oder ESD-Schaumstoff mit den Bauelementen auf die Arbeitsplatte legen,

• das Bauelemente aus dem liegenden Beutel / Schaumstoff mit einer ESD-Pinzette entnehmen.

• Vor dem Herausnehmen eines MOSFETs die Anschlüsse mit einem dünnen Draht kurzschließen.

• Den MOSFET einbauen, anschließen, einlöten und erst dann den Kurzschluss entfernen.

Besser

• Fußboden aus unbehandeltem Holz ist gut.

• Arbeitsplatte und Fußboden hochohmig mit 1MΩ bis 10MΩ erden.

• Erdungsstecker kaufen, nicht selbst basteln.

• Schutzkontakt-Blindstecker mit eingebauten Schutzwiderständen,

• ESD-Arbeitsplatte und

• ESD-Armband mit 1MΩ Widerstand verwenden.