HowTo Der richtige Schutz bei ESD sensitiven Komponenten

Moin,

da ich es in letzter Zeit viel zu oft in Foren und im Internet lesen muss, was PC Bastler als ESD Schutz bezeichnen, will ich hier mal für ein wenig Aufklärung sorgen.





Inhalt:
1. Was ist ESD?
2. Der Erdungs-Mythos
3. Korrekter ESD Schutz
4. Quellen

1. Was ist ESD?
ESD ist die Abkürzung für die englische Bezeichnung Electrostatic Dischargement. Zu Deutsch: Elektrostatische Entladung.

Eine elektrostatische Endladung findet immer dann statt, wenn zwei große, gegenläufige (+/-) statische Potentiale aneinander geraten oder ein größeres, gleich poliges (+/+ bzw. -/-) Potential sich auf ein geringeres entlädt. Gutes Beispiel ist der Blitz.
Das Problem besteht nun darin das solche Entladungen schnell im Bereich >= 1kV sind. Dies ist für Halbleiterbauteile ein Problem. Denn bei immer kleiner werdenden Strukturgrößen (aktuell ca. 12nm) müssen auch die Isolatoren der Transistoren immer kleiner werden (aktuell im Bereich weniger µm). Das sorgt dafür das deren Durchschlagsfestigkeit immer weiter sinkt.
Das häufigste Dielektrikum ist Siliciumdioxid.

	Werkstoff	Festigkeit in V/mm	Festigkeit 1µm in V
1	Siliciumdioxid	40000	40

Daran kann man gut erkennen, es reichen bei einer Dielektrikums Dicke von 1µm schon 40V um diese zu durchschlagen. Danach ist der Transistor defekt und somit meist der ganze Chip.


2. Der Erdungs-Mythos:
In vielen Foren und an vielen Stellen im Netz kann man lesen, man solle sich vor Arbeiten an ESD sensitiven Bauteilen an einem Erdpotential (Heizung) entladen um keinen Schaden anzurichten. Diese Empfehlung ist leider wissenschaftlich totaler Unfug. Denn in diesem Moment bringt man nur seinen eigenen Körper auf ein sehr kleines Potential. Hat nun jedoch das Bauteil, welches nicht entladen wurde, noch ein statisches Potential (in unserem 1µm Beispiel von >= 40V) -> folgt eine Entladung des Bauteils auf unseren Körper. Dabei kann das Bauteil ebenso beschädigt werden wie wenn wir ein größeres Potential hätten.
Richtig ist daher, in unserem Beispiel: Das Potential vom Mensch zum Bauteil und umgekehrt muss kleiner als 40V sein.


3. Korrekter ESD Schutz:
In der Halbleiterindustrie und generell in allen professionellen Umgebungen wo mit ESD sensitiven Komponenten gearbeitet wird, tragen die Mitarbeiter ESD Schutzkleidung.
Diese spezielle Kleidung leitet die statische Ladung ab. Dabei haben diese Mäntel, T-Shirts, Hosen, Schuhe, etc… einen hohen Widerstand zum Erdpotential [2]. Dieser ist so hoch das der Mensch sich nicht mehr stark aufladen kann, jedoch auch ein Bauteil das geladen ist sich nicht so schnell auf den Menschen entladen kann, dass dieses dabei zerstört wird. Das statische Potential wird also klein gehalten. Meist <= 1V. Dies ist auch vorgegeben in Industrienormen [3].

Wenn man also an einem PC oder Notebook bastelt, sollte man immer darauf achten dasselbe Potential wie das Bauteil zu haben. Dazu hilft es z.B. ein ESD Armband zu tragen dessen Kabel am PC Gehäuse befestigt ist (Krokodil-Klemme) -



- oder den PC auf einer ESD Matte stehen zu haben welche mittels Armband mit dem Menschen verbunden ist. Die Matte eignet sich besonders bei Notebooks, da es hier oft schwer ist wegen der Kunststoffgehäuse das Potential auszugleichen.



4. Quellen:
[1] Durchschlagsfestigkeit ? Wikipedia - Siliciumdioxid = Quarzglas
[2] Elektrostatische Entladung ? Wikipedia
[3] DIN EN 61340-5-1

Ich wünsche euch viel Spaß beim nächsten, sicheren Basteln.


Version 1.0 vom 13.03.2015 (C) Text The_LOD2010
Version 1.0.1 vom 13.03.2015 Kleine Änderung / Ergänzung unter 2.
Version 1.0.2 vom 13.03.2015 Tabelle hinzugefügt