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ESD Schaden Bauteil

Die Abstände zwischen den Strukturen im Bauteil betragen schon weniger als 25 Nanometer! Bildquelle: ESD Akademie

EOS Schaden - sofortiger Ausfall

EOS = Electric Over Stress - sofortiger Ausfall Bildquelle: ESD Akademie

ESD Schaden

ESD = Electrostatic Discharge - Vorschädigung (Erst-Später-Defekt) Bildquelle: ESD Akademie

ESD Verpackungskennzeichnung

Die Hauptfunktion muss auf der Verpackung gekennzeichnet sein

ESD – die unsichtbare Gefahr – Teil 1

"Man sieht nichts, man hört nichts, man schmeckt und fühlt nichts … und trotzdem kann ein Bauteil bereits beschädigt sein!"ESD sieht harmlos aus! Jedoch kann die schlagartige elektrostatische Entladung (engl.: Electro-Static-Discharge) Schäden mit verheerenden Folgen an elektronischen Komponenten und Baugruppen verursachen. Lesen Sie in unserem 1. Teil zu ESD wie Schäden entstehen können und welche Auswirkungen dies hat.

ESD steht für „Electro Static Discharge“, also „Elektrostatische Entladung“. Im Alltag begegnet uns dieses Phänomen in Form von Gewitterblitzen oder dem „Schlag“ beim Berühren einer Türklinke.

Elektrostatische Aufladung entsteht, wenn zwei Gegenstände gerieben oder getrennt werden (z.B. Gehen über Teppichboden). Dabei können Ladungen von einem Gegenstand auf den anderen übergehen (Triboelektrizität).  Nähern sich dann zwei Gegenstände mit unterschiedlichem elektrischen Potential, kann sich die Ladung schlagartig entladen (=ESD).  

Aufladung kann auch durch Influenz entstehen. Dabei werden Baugruppen aufgeladen wenn sie nur in die Nähe von anderen aufgeladenen Gegenständen kommen. Diese (aufgeladenen) Baugruppen können sich dann auch schlagartig entladen, wenn sie mit leitfähigen Materialien in Berührung kommen.

Die Neigung zur Aufladung hängt stark von der Leitfähigkeit der jeweiligen Materialien ab. Leitfähige Materialien laden sich durch Reibung und Trennung nur gering auf und führen daher nicht zu ESD. Nicht leitfähige Materialien (Isolatoren) leiten keinen Strom und können sich daher stark aufladen und verursachen ESD-Schäden.  Da Feuchtigkeit die Leitfähigkeit erhöht, hat sie ebenfalls großen Einfluss auf die Stärke der Aufladung.  Je höher die Luftfeuchtigkeit umso geringer die ESD Gefahr. Bei trockener Luft sind Entladungen mit einem Potential von 10 000 Volt keine Seltenheit.

Menschen spüren Entladungen erst ab einer Spannung von ca. 2000Volt (z.B. beim Berühren einer Türklinke). Elektronische Bauteile können aber schon durch geringe  Spannungen von < 100Volt beschädigt werden und ausfallen! Beschädigte Bauteile können dabei zunächst noch funktionieren und erst im Feld versagen, was zusätzlich zu den anfallenden Kosten zu einem immensen Imageschaden führt

Typische Schäden: siehe Bild 1 - 3

Um dies zu verhindern müssen empfindliche elektronische Bauteile vor ESD geschützt werden. Dazu werden ESD-Schutzbereiche (EPA = Electrostatic Protected Area) eingerichtet, in denen alle Materialien, Menschen, Arbeitsplätze und Maschinen leitfähig ausgerüstet und geerdet sind, so dass keine Aufladungen entstehen können. Werden Bauteile aus der EPA heraustransportiert müssen sie zusätzlich vor den draußen lauernden ESD-Gefahren, also Triboelektrizität und Influenz,  geschützt werden. Dies erfolgt über geeignete Verpackungen. Diese haben die Aufgabe Ladungen kontrolliert abzuleiten und gegen Influenz abzuschirmen.

Man unterscheidet drei Klassen von ESD-Verpackungen:

  • leitfähig (C = conductive) Verpackung mit einem Oberflächenwiderstand   < 104 Ω
  • ableitend  (D = dissipativ) Oberflächenwiderstand >104 Ω und < 1011 Ω
  • abschirmend (S = shielding) Schirmwirkung gegen elektrostatische Entladungen

Die Hauptfunktion muss auf der Verpackung gekennzeichnet sein. (siehe Bild 4)

Der Begriff „antistatisch“, der oft im Zusammenhang mit ESD-Verpackungen verwendet wird, ist nicht definiert und beschreibt keine ESD-Verpackung!

Die Anforderungen an Verpackungen werden in der DIN EN 61340-5-3 beschrieben.

Elemente welche zu verpacken sind

Innerhalb der ESD-Schutzzone (EPA)

Außerhalb der ESD-Schutzzone (UPA)

Direkt anliegend (z.B. Beutel)

Umhüllend (z.B. Kiste)

Direkt anliegend (z.B. Beutel)

Umhüllend (z.B. Kiste)

Electrostatic  sensitive device   (ESDS)

Elektrostatisch leitfähig oder ableitfähig (Anmerkung 1)

Elektrostatisch leitfähig oder ableitfähig

Wie für innerhalb der EPA jedoch zusätzlich mit Schirmwirkung gegen ESD (Anmerkung 2)

Schirmwirkung gegen ESD

Anmerkung 1: Für ESDS mit Batterie sollte bei Auswahl der Verpackung darauf geachtet werden, dass sich die Batterie durch die Verpackung nicht entlädt

Anmerkung 2:  Schirmwirkung gegen ESD wird nur benötigt, wenn die umhüllende Verpackung keine solche Schirmwirkung bietet

DIN EN 61340-5-3 Tabelle A.1

Wichtig ist, dass außerhalb der EPA die Verpackung von ESD-empfindlichen Bauteilen immer eine Schirmwirkung haben muss. Die Schirmwirkung kann durch verschiedene Verpackungskonzepte erzeugt werden. Die ESD-Schutzwirkung muss bei  23°C und 12% rel. Feuchte gewährleistet sein.

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