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 ist der MOSFET.

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

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

Schäden an Bauelementen

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

• sondern nur teilweise geschädigt und

• weichen von ihren Daten ab.

• Kleine Schäden führen im Laufe der Zeit zu Folgeschäden,

• meist dann, wenn die Geräte in 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 durch elektrostatische 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 an Kleidung aus Kunststoff

• durch Reibung zwischen Schuhen und Kunststoffboden

• beim Öffnen einer Plastiktüte

• durch Reibung an Kunststofffolien

• durch Reibung an Kunststoffoberflächen am Arbeitsplatz.

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 Entladungen erzeugen kurzzeitig:

• hohe Spannungen und/oder

• 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

• d. h. erst hochohmig kurzschließen und dann erst niederohmig kurzschließen.

Hochohmig

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

• Meist wird 1 MΩ verwendet.

• Der Widerstand muss für hohe Spannungen ausgelegt sein.

• Professionelle Geräte werden über einen Widerstand von 1 MΩ geerdet.

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

• Der Widerstand ist hoch genug, um Personen nicht zu gefährden, wenn sie spannungsführende Teile berühren.

• Es gibt Arbeitsmatten, die hochohmig sind.

• Diese Arbeitsmatten werden über einen Widerstand von 1 MΩ 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 geerdete Personen kann der Kontakt mit spannungsführenden Teilen tödlich sein.

Auch Leitungen mit Krokodilklemmen sind bedenklich.

Die beste Lösung 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 verursacht keine elektrostatische Aufladung.

• Teppiche aus Kunststoff sind problematisch.

• Bodenbeläge aus Kunststoff, wie z. B. Vinylbeläge, 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.

• Werkzeuge mit ESD-Beschichtung sind vorteilhaft.

• Pinzetten mit ESD-Beschichtung sollten verwendet werden.

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

• weil der kleinste Fehler lebensgefährlich sein kann.

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

Geeignete Verpackung

• Bauelemente in ESD-Verpackung aufbewahren

• Kunststofffolie mit sehr dünner Metall-Beschichtung

• 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 3 x 10 mm Druckknopf-Anschlüssen

• Pinzette mit ESD-Beschichtung

• Arbeitsplatte aus 5 mm starkem, unbehandeltem Sperrholz

• mit Verbindung zum Blindstecker für ESD-Erdung.

• Bei Kunststoffboden 10 mm dicke Sperrholzplatte

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

• ESD-Armband mit 1 MΩ Widerstand

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

• Eine unmittelbare Verbindung zur ESD-Arbeitsplatte ist nicht so günstig,

• obwohl dies meist angeboten wird.

Der in Bild 1 dargestellte Schutzkontakt-Blindstecker mit drei Druckknöpfen, die jeweils mit einem eigenen Schutzwiderstand versehen 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.

• Gegebenenfalls Papier oder Pappe verwenden.

• Zuerst die Arbeitsplatte aus Holz berühren.

• 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 besondere Vorsicht geboten.

• Beim Aufstehen und Hinsetzen die ESD-Arbeitsplatte berühren.

ESD-Regeln im Hobby-Bereich

ESD Elektrostatische Entladung (electrostatic discharge)

Gefährdete Bauelemente

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

• MOSFETs mit geringer Gate-Source-Spannung U_gs

• MOSFETs mit kleiner Gate-Kapazität C_iss

• MOSFETs

• Feldeffekttransistoren (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 Bauelemente sollten möglichst zuletzt eingebaut werden.

• Die Anschlüsse empfindlicher Bauelemente 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 Bauelement 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 1 MΩ bis 10 MΩ erden.

• Erdungsstecker kaufen, nicht selbst basteln.

• Schutzkontakt-Blindstecker mit eingebauten Schutzwiderständen,

• ESD-Arbeitsplatte und

• ESD-Armband mit 1 MΩ Widerstand verwenden.