Was ist ein ESD-empfindliches Gerät?

ESD-empfindliche Bauelemente sind elektronische Komponenten, die anfällig sind für Schäden durch elektrostatische Entladung (ESD). Diese Geräte können durch plötzliche Spannungsspitzen, die durch statische Elektrizität verursacht werden, beeinträchtigt werden. Selbst Entladungen mit geringer Energie (z. B. ein paar hundert Volt) können die Leistung beeinträchtigen oder zu einem sofortigen Ausfall führen.

Welche Geräte sind ESD-empfindlich?

Zu den üblichen ESD-empfindlichen Geräten gehören:

1. Integrierte Schaltungen (ICs): Mikroprozessoren, Speicherchips (z. B. RAM, Flash) und Logikgatter (z. B. CMOS, TTL).
2. Transistoren: MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) und BJTs (Bipolar Junction Transistors).
3. Dioden: LEDs (Licht emittierende Dioden) und Laserdioden.
4. Präzisionssensoren: Bildsensoren (z.B. CCD, CMOS) und MEMS-Sensoren (Micro-Electro-Mechanical Systems).
5. Analoge Komponenten: Operationsverstärker (Op-Amps) und Spannungsregler.
6. Diskrete Halbleiter: Thyristoren und IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
7. Passive Komponenten mit erweiterten Funktionen: Dünnschichtwiderstände und Hochfrequenzkondensatoren.

Diese Geräte sind aufgrund ihrer kleinen, empfindlichen internen Strukturen sehr anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung (ESD).

Wie kann ein ESD-empfindliches Gerät durch ESD beschädigt werden?

ESD schädigt empfindliche Geräte durch Hochspannungs-/Stromimpulse, die während der elektrostatischen Entladung erzeugt werden. Zu den wichtigsten Mechanismen gehören:

1. Thermische Überbeanspruchung: Durch die schnelle Energieübertragung schmelzen oder verdampfen winzige Leiterbahnen (z. B. Transistorkontakte), was zu einem dauerhaften Ausfall führt.
2. Aufschlüsselung der Isolierung: Hochspannung durchsticht dünne dielektrische Schichten (z. B. MOSFET-Gate-Oxide), wodurch Kurzschlüsse oder Leckagen entstehen.
3. Ladungsinjektion: Statische Ladung verändert die Eigenschaften von Halbleitern und verschlechtert die Leistung (z. B. verschobene Schwellenwerte in CMOS-Logik).
4. Latente Mängel: Partielle Beschädigungen können zu einer Schwächung der Bauteile und damit zu einem vorzeitigen Ausfall während des Betriebs führen.

Selbst Entladungen mit geringer Energie (z. B. <100 V) können moderne Nanoelektronik beschädigen.

Verwenden Sie beim Transport von ESD-empfindlichen Geräten von einer Einrichtung zu einer anderen Einrichtung?

Um ESD-empfindliche Geräte sicher zu transportieren und zu lagern, verwenden Sie statisch abschirmende Beutel, leitfähigen Schaumstoff oder geerdete ESD-sichere Behälter. Halten Sie die Luftfeuchtigkeit unter Kontrolle, vermeiden Sie physischen Stress und kennzeichnen Sie die Verpackungen, um die Einhaltung von ESD-Normen zu gewährleisten, wie z. B. ANSI/ESD S541 & IEC-61340-5-3-2022 .

Wie hoch ist die minimale elektrostatische Entladungsspannung (ESD), die ESD-empfindliche Geräte beschädigen kann?

ESD-empfindliche Geräte können durch Spannungen von bis zu 20 Volt beschädigt werden, die für den Menschen nicht wahrnehmbar sind. Hochentwickelte Komponenten, wie integrierte Schaltkreise oder MOSFETs, sind sogar bei niedrigeren Spannungen anfällig.

Wie behandelt man ESD-empfindliche Geräte?

Der Umgang mit ESD-empfindlichen Geräten erfordert ein umfassendes Verständnis der Materialien, mit denen Sie arbeiten, insbesondere ihrer Anfälligkeit für elektrostatische Entladungen (ESD). Eine erfolgreiche ESD-Kontrollprogramm basiert auf der Ermittlung der Geräte, die am empfindlichsten auf ESD reagieren, sowie auf der Bewertung ihrer Anfälligkeit. Dazu müssen Sie sich mit den Menschliches Körpermodell (HBM) und die Modell für aufgeladene Geräte (CDM) Empfindlichkeitswerte aller Geräte in Ihrer Einrichtung.

Menschliches Körpermodell (HBM)

Eine der häufigsten Ursachen für ESD-Ereignisse ist die direkte Übertragung von elektrostatischer Ladung vom menschlichen Körper auf das ESDS-Gerät. Die Menschliches Körpermodell (HBM) ahmt dieses Szenario nach, indem es simuliert, wie elektrostatische Entladungen von der Fingerspitze einer stehenden Person zu einem Gerät fließen. Und so funktioniert es:

1. Ein 100 pF-Kondensator wird mit Hilfe eines Schalters über einen hochohmigen Widerstand (typischerweise im Megohm-Bereich) aufgeladen.
2. Die gespeicherte Ladung entlädt sich über einen 1.500-Ohm-Widerstand, der in Reihe mit dem Prüfgerät geschaltet ist.
3. Das Gerät wird dann geerdet oder fällt auf ein niedriges Potenzial.

Diese Methode, standardisiert in ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024 (Electrostatic Discharge Sensitivity Testing - Human Body Model), gewährleistet eine konsistente Bewertung der Widerstandsfähigkeit eines Bauteils gegen vom Menschen ausgelöste ESD-Ereignisse.

Modell für aufgeladene Geräte (CDM)

Eine weitere Hauptursache für ESD-Schäden ist die Aufladung des Geräts selbst während des Herstellungs- oder Handhabungsprozesses, die zu einer schnellen Entladung führen kann, wenn es mit einer leitfähigen Oberfläche mit niedrigerem Potenzial in Kontakt kommt. Die Website Modell für aufgeladene Geräte (CDM) bildet dieses Phänomen nach, indem es die schnelle Entladung der angesammelten statischen Ladung von einem geladenen Bauteil auf eine geerdete Oberfläche simuliert.
Und so funktioniert es:

1. Aufladephase: Das Gerät lädt sich durch Reibung oder Kontakt mit isolierenden Materialien (z. B. Verpackungen, Förderanlagen) elektrostatisch auf und wirkt wie eine Platte eines Kondensators. Die gespeicherte Ladung hängt von der Eigenkapazität des Geräts (normalerweise 10-200 pF) und den Umgebungsbedingungen ab.
2. Entladungsphase: Wenn der Stift eines geladenen Geräts einen geerdeten Leiter berührt, entlädt sich die gespeicherte Energie schlagartig über den Stift. Diese Entladung erzeugt innerhalb von Nanosekunden extrem hohe Spitzenströme (bis zu 20 kA), da der Widerstand und die Induktivität im Pfad minimal sind.
3. Test-Konfiguration: Bei CDM-Tests wird die Belastbarkeit eines Geräts durch Aufladen mit einer bestimmten Spannung (z. B. 250-1000 V pro ANSI/ESDA/JEDEC JS-002) und Auslösung der Entladung über einen niederohmigen Pfad. Der Testaufbau berücksichtigt die Ausrichtung des Bauteils, den Gehäusetyp und die parasitäre Kapazität.

10 wichtige Tipps für den Umgang mit ESD-empfindlichen Geräten

Der Umgang mit elektrostatisch entladungsgefährdeten Geräten (ESD) erfordert besondere Aufmerksamkeit, um Schäden zu vermeiden. Hier sind zehn wichtige Tipps für eine sichere Handhabung:

1. ESD-sichere Arbeitsbereiche verwenden
   Arbeiten Sie immer in einem ESD-geschützter Bereich (EPA) ausgestattet mit antistatischen Matten & ESD-Bodenbelag, geerdete Arbeitsflächen und ordnungsgemäße ESD-Symbole.
2. Tragen Sie ESD-sichere Kleidung
   Verwenden Sie antistatische Handgelenkgurte, Fersenriemenund ESD-Kittel, um statische Aufladungen am Körper zu verhindern.
3. Erden Sie sich richtig
   Verbinden Sie Ihr Antistatik-Armband mit einem geerdeten Punkt, bevor Sie ESD-empfindliche Geräte anfassen.
4. Geräte an den Rändern anfassen
   Vermeiden Sie es, Stifte, Anschlüsse oder Schaltkreise direkt zu berühren. Halten Sie Komponenten an den Kanten, um das ESD-Risiko zu minimieren.
5. ESD-sichere Verpackung verwenden
   Lagern und transportieren Sie ESD-empfindliche Geräte in antistatischen Taschen, leitfähigem Schaumstoff oder abgeschirmten Behältern.
6. Kontrolle des Feuchtigkeitsniveaus
   Halten Sie im Arbeitsbereich eine relative Luftfeuchtigkeit von 30-70% aufrecht, um den Aufbau statischer Elektrizität zu verringern.
7. Ionisatoren zur Neutralisierung verwenden
   Verwenden Sie Ionisatoren, um statische Aufladungen auf nicht leitenden Oberflächen und Materialien in der EPA zu neutralisieren.
8. Tägliche Überprüfung der ESD-Erdungsvorrichtungen
   Verwenden Sie ESD-Kombi-Prüfgerät die persönlichen Erdungssysteme täglich zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktionieren.
9. Vermeiden Sie hochstatische Materialien
   Halten Sie Kunststoffe, Vinyl und andere hochstatische Materialien von ESD-empfindlichen Geräten und Arbeitsbereichen fern.
10. Begrenzung der Bewegung im EPA
    Vermeiden Sie unnötige Bewegungen in der EPA, um die Entstehung statischer Elektrizität durch Reibung oder Luftströmungen zu reduzieren.