ESD

Schutz

physikalischer Hintergrund

und

praktische Anwendung

Dipl.-Ing. Wolf-Dieter Schmidt

Schmidt: ESD - Schutz

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Begriffe

3. Physikgrundlagen

4. Materialeigenschaften

4.1 metallische

Leiter

4.2. Isolatoren

5. elektrische

Entladung

5.1. Strompuls

5.2. Auswirkung auf Bauteile

6.

Vorbeuge-Maßnahmen gegen ESD-Schäden

6.1 Übersicht

6.2. geschützter Arbeitsbereich (EPA)

6.3. persönliche Ausrüstung

6.4. Wirkung von Schutzmaßnahmen

7. Verpackung

8.

Aufbau eines ESD-geschützten Arbeitsplatzes

9. Messtechnik

10. Referenzen

Mit Urteil vom 12. Mai 1998 hat das Landgericht Hamburg entschieden, dass man durch die

Ausbringung eines Links die Inhalte der gelinkten Seite ggf. mit zu verantworten hat. Dies kann, so

das LG, nur dadurch verhindert werden, dass man sich ausdrücklich von diesen Inhalten distanziert.

Hiermit distanziere ich mich von allen Inhalten der externen Links in diesem

Dokument. Ich habe keinen Einfluss auf Gestaltung oder Inhalt der gelinkten Seiten

und mache mir die Inhalte nicht zu eigen.

Alle nicht mit einer Quelle gekennzeichneten Bilder und Grafiken in diesem

Dokument sind Arbeiten des Autors. Angaben in eckigen Klammern verweisen auf

die Literatur- und Quellenangaben am Ende.

1

Schmidt: ESD - Schutz

1. Einleitung

Die immer kleiner werdenden Strukturen der Halbleiter lassen diese immer empfindlicher

gegen hohe Spannungen werden. Parallel dazu hat die fortschreitende Verwendung von

Kunststoffen in allen Bereichen des täglichen Lebens (Verpackungen, Raumeinrichtungen,

Bekleidung, ...) zu einem immer höher werdenden Risiko von elektrostatischen Aufladungen

mit Spannungen weit über 10.000 Volt geführt.

Daher sind im handwerklichen wie industriellen Umfeld entsprechende Schutzmaßnahmen

zwingend notwendig. Aber auch bei heimischen Anwendungen, z.B. dem Austausch von

Modulen in PCs, muss auf angemessene Schutzmaßnahmen geachtet werden.

Hiermit soll ein Leitfaden zum Verständnis der ESD-Problematik vorgelegt werden, in dem

zunächst in groben Zügen der physikalische Hintergrund aufgezeigt und dann auch Anleitun-

gen zum praktischen Schutz vor ESD-Schäden gegeben werden. Zur Vertiefung sei auf die

Literatur ([1], [2]) sowie auf die einschlägigen Normen ([4] ­ [7]) verwiesen.

Im im industriellen Bereich sind Verantwortliche (ESD-Koordinator, ESD-Beauftragter) zu

benennen, die für die Umsetzung der Regeln und deren Überprüfung an Hand des ESD-

Kontrollplans sowie die Schulung der Mitarbeiter verantwortlich sind (siehe [4]). Zur

Information dieser Personen kann dieser Leitfaden auch als Grundlage dienen.

2.

Begriffe & Kennzeichnung

Einige der in Verbindung mit ESD üblichen Abkürzungen sind:

EBP

EPA-Erdungspunkt

Festgelegter Punkt an dem eine EPA-Ausrüstung (z.B. Armband)

angeschlossen werden darf. Dieser wird z.B. als Bananenbuchse oder

Druckknopf ausgeführt.

EPA

ESD-Schutzzone, Bereich in dem ESDS mit akzeptablem Schädigungsrisiko

durch elektrostatische Entladungen oder Felder gehandhabt werden können.

Alle Mitarbeiter, die in diesem Bereich mit Bauteilen oder an Baugruppen
arbeiten, haben eine angemessene Schutzausrüstung zu tragen.

EPA-Erde

das im Arbeitsbereich eingerichtete einheitliche Potential, darf mit dem Schutz-

leiter des Stromnetzes verbunden werden

ESDS

elektrostatisch empfindliches Teil bzw. Teile

[,,electrostatic discharge sensitive(s)"]

2

Schmidt: ESD - Schutz

3. Physikgrundlagen

Die für die folgenden Betrachtungen wichtigen physikalischen Größen sind in Tab. 1

aufgeführt.

Tab. 1:

physikalische Größen

physik. Größe

Formelzeichen

Einheit

Umrechnungen

Strom I

Ampere

Spannung U

Volt

Widerstand R

Ohm

1 = 1 V / A

Ladung

Q

Coulomb

1 C = 1 A*s

Kapazität

C

Farad

1 F = 1 C / V = 1 A * s / V

Leistung

P

Watt

1 W = 1 V * A

Energie

W

Joule

1 J = 1 W * s = 1 V * A * s

Arbeit

Elementarladung

(Ladung eines

e

1,6 * 10-19 A*s

Elektrons)

Zum Verständnis der Funktion der elektrostatischen Aufladung ist es hilfreich, die Bedeutung

der physikalischen Größen ,,Energie" und ,,Arbeit" zu veranschaulichen. Eine Erklärung am

einfachen Beispiel ist die: wenn man Arbeit leistet, um eine Menge Wasser in einen hoch

gelegenen Behälter zu pumpen, dann nimmt das Wasser einen höheren Zustand an

potentieller Energie an und kann beim Herunterfließen Arbeit verrichten (physikalischer

Hintergrund eines Pumpspeicher-Elektrizitätswerkes).

Einige der später zu betrachtenden Größen sind sehr klein oder sehr groß, so dass zwecks

Übersichtlichkeit besser die üblichen Präfixe (siehe Tab. 2) verwendet werden.

Tab. 2: Vergrößerungs- bzw. Verkleinerungspräfixe:

Silbe Giga

Mega

Kilo Milli

Mikro

Nano

Piko

Zeichen G M k m µ n p

Faktor 109 106 1.000 0,001 10-6 10-9 10-12

Wie später aufgezeigt wird, sind auch ein paar elektrische Größen des menschlichen

Körpers von Bedeutung. Die Werte in Tab. 3 können dabei nur als grobe Anhaltswerte

betrachtet werden, da sie vielen Einflüssen unterliegen.

3