ESD

Electrostatic Discharge (kurz: ESD) steht für Electrostatic Discharge auf Deutsch „Elektrostatische Entladung“.
Wie der Name schon sagt, hat ESD also etwas mit Elektrostatischer Entladung zu tun. Elektrostatische Ladungen kennen wir alle, z.B. wenn man lange an einem Ballon reibt, und danach die Türklinke anfast, denn genau dann bekommt man einen gewischt. Also einen kleinen Elektrischen Schlag. Dieser ist Fühlbar bei 3500Volt Hörbar bei 4500Volt Sichtbar bei mindestens 5000Volt.
Leider kann schon ein Bruchteil dieser Spannungsgrößen elektronische Bauteile (ESD Technisch) beschädigen oder zerstören.

Bauteil	Grenzwert
VMOS	30V
MOS-FET	100V
E-Prom	100V
OP-AMP (FET)	150V
OP-AMP (BIPOLAR)	190V
N/CMOS	30 bis 150V
Schottkey Diode	300V
Film Widerstände	380V
Schottky – TLL	1000V
Thyristor	680V
Sonstige SMD Bauteile	20 bis 2000V

So sieht beispielsweise eine zerstörte Leiterbahn eines IC´s bei 5000x Vergrößerung aus:
Folgen eines ESD Schadens können sein z.B. verfrühter Ausfall beim Kunden. Eine feste Zeitdistanz gibt es hier nicht, es können Tage, Wochen oder Monate sein.
Hier noch ein paar weitere Beispiele für Statische-Aufladung:
Arbeiten am Arbeitsplatz bei: 10% bis 20% Luftfeuchtigkeit ist eine Aufladung von bis zu 6000V möglich. 65% bis 90% Luftfeuchtigkeit ist eine Aufladung von nur noch 700V möglich.
Laufen über einen Teppich: 10% bis 20% Luftfeuchtigkeit ist eine Aufladung von bis zu 35000V möglich. 65% bis 90% Luftfeuchtigkeit ist eine Aufladung von nur noch 1500V möglich. Öffnen eines normalen Plastikbeutels: 10% bis 20% Luftfeuchtigkeit ist eine Statische Aufladung von bis zu 20000V möglich. 65% bis 90% Luftfeuchtigkeit ist eine Statische Aufladung von nur noch 1200V möglich.

ESD praktischer Lösungsansatz

In Werkstatt, Produktionsbereich, Lager und bei der Prüfung der Bauteile/Bausteine/Geräte sollten folgende Artikel vorhanden sein. – ESD-Tischbeläge aus Synthesekautschuk – An den Arbeitsplätzen sind Spiralkabel vorhanden, die direkt an ein Erdungsystem angeschlossen sind. – Vor Betreten des Bereichs muss jeder Mitarbeiter/Besucher über ESD Prüfgeräte sich „freiprüfen“ – Optional sollte über einen ESD Fußboden und ESD Arbeitsstühle nachgedacht werden. Auch eine Kennzeichnung der Flächen wäre angebracht. Bei den Mitarbeitern – ESD Armbänder mit denen sich die Mitarbeiter am Arbeitsplatz an die vorhandenen Spiralkabel „anschnallen“ können. – ESD Schuhe oder alternativ ESD Schuhbänder – ESD Kittel um zu verhindern das sich evt. Syntetische Stoffe aufladen können. – Natürlich wären auch entsprechende Schulungen um die Mitarbeiter zu mobilisieren nicht unangebracht.
Aus den Arbeits bzw. Produktionsbereichen sollten sie Styropor, Polyähylen, Cellohan, Kleinteilebehälter, Schreibtischmatten, also alles was nicht ESD Fähig ist entfernen.

Wichtige Begriffe rund um ESD

L für low charging ESD
Gering aufladbar (L = „low charging“, alter Begriff: antistatisch) Verpackungen oder Materialien mit der Eigenschaft, die Ladungsgenerierung zu minimieren. Wird häufig benutzt um PC Zubehör einzupacken.
C für conductive ESD
Elektrostatisch leitfähig (C = conductive) Vepackungen/Materialien mit einem Oberflächenwiderstand E02 bis E05 Ohm.
D für dissipative ESD
Elektrostatisch ableitend (D = dissipative) Vepackungen/Materialien mit einem Oberflächenwiderstand E05 bis E11 Ohm.
S für shielding ESD
Abschirmend (S = shielding) – Schirmwirkung gegen elektrostatische Entladung. Sperre oder Einhüllung, die den Stromdurchgang begrenzt und die Energie einer elektrostatischen Entladung derart dämpft, daß die maximale Energie einer Human-Body-Model-Entladung von 1000 Volt höchstens 50nJ beträgt.
EPA (Electrostatic Discharge Protected Area)
EPA ist eine ESD-Schutzzonen Bereich, in dem Bauteile mit einem akzeptablen Schädigungsrisiko durch elektrostatische Entladung oder Felder gehandhabt werden können.

Normen zum ESD Schutz

Es gibt sowohl VDE als auch DIN Normen die sich mit ESD beschäftigen. Bei der VDE ist hier die VDE 0300 zuständig, bei DIN wären es:
DIN EN 61340-5-1 Elektrostatik Teil 5-1: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene – Allgemeine Anforderungen
DIN EN 61340-5-2 Elektrostatik Teil 5-2: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene – Benutzerhandbuch
DIN IEC 61340-4-1 Elektrostatik Teil 4-1: Festgelegte Untersuchungsverfahren für besondere Anwendungen Hauptabschnitt 1: Elektrostatisches Verhalten von Bodenbelägen und von verlegten Fußböden
DIN EN 61340-4-3 Elektrostatik Teil 4-3: Standardprüfverfahren für spezielle Anwendungen – Schuhwerk IEC 61340-4-5/CDV Electrostatics part 4-5: Standard test methods for specific applications – method of characterising the protection of footwear and flooring in combination
DIN EN 61340-2-1 Elektrostatik Teil 2-1: Messverfahren – Fähigkeit von Materialien und Erzeugnissen, elektrostatische Ladungen abzuleiten
DIN EN 61340-2-3 Elektrostatik Teil 2-3: Prüfverfahren zur Bestimmung des Widerstandes und des spezifischen Widerstandes von festen planen Werkstoffen, die zur Vermeidung elektrostatischer Aufladung verwendet werden
DIN EN 61340-3-1 Elektrostatik Teil 3-1: Verfahren zur Simulation elektrostatischer Entladung: Human Body Model (HBM) Bauelementeprüfung Elektrostatik Teil 3-2: Verfahren zur Simulation elektrostatischer Entladung: Machine Model (MM) Bauelementeprüfung ANSI/ESD S20.20 ESD