Grundlagen Electrostatic Discharge (ESD)"

Grundlagen Electrostatic Discharge (ESD)

Was ist ESD?

Elektrostatische Entladung ist bestens bekannt, durch den Schlag, den man verspürt, wenn man über einen trockenen Nylonteppich geht und dann einen Gegenstand aus Metall berührt. Jedes Mal, wenn wir z.B. jemanden mit Handschlag begrüßen oder Metall berühren, findet eine solche funkensprühende Entladung statt. Derjenige, der solch einen Schlag bei der Berührung eines leitenden Objektes zu spüren bekommt, hat mindestens 3.500 Volt freigesetzt. Darunter ist ein Schlag nicht zu spüren.

Viele elektronische Bauteile können aber schon durch Entladungen von weniger als 60 Volt beschädigt oder zerstört werden!

Wodurch wird ESD verursacht?

Zunächst muß eine Aufladung erfolgen. Dies geschieht durch Trennung zweier Oberflächen – von denen nur eine ein relativ trockener Isolator sein muß – wie das z.B. beim Öffnen einer Plastiktüte, beim Aufnehmen einer Schachtel oder beim Gehen über einen Teppich der Fall ist. Eine Oberfläche entzieht der anderen Elektronen und wird negativ geladen, während die andere positiv wird. Bei nicht leitenden Oberflächen, wie es praktisch alle einfachen Kunststoffe und synthetischen Gewebe sind, bleibt die Aufladung erhalten.

Dies nennt man STATISCHE AUFLADUNG. Wird nun aber die Aufladung in nur geringem Maß auf einen nahestehenden Leiter induziert, wie z.B. Metall, metallische Kohle oder verschwitzte Haut, dann kann sie sich sehr schnell und funkensprühend an anderen leitenden Oberflächen entladen.

Nur drei Leiter sind ausschlaggebend, nämlich:

  • Metall
  • Kohle
  • Schweißschicht auf der Haut der Menschen.

Dies sind die „Funkensprüher“ in der Welt der ESD, alle drei können Aufladungen in Form von destruktiven ESD-Funken aufnehmen, lagern und abgeben.

Es wird oft übersehen, dass man einen trockenen Nichtleiter von einer Fläche trennen muß, um eine Aufladung zu erzielen und dass zwei dieser Aufladung preisgebende Leiter benötigt werden, um eine funkensprühende ESD zu verursachen. Diese erzeugt dann ihrerseits Hitze, Licht, Geräusche, Hochfrequenzen, die das ganze Spektrum elektromagnetischer Reaktionen verursachen, welche der Grund für Brände, Explosionen, Defekte in der elektronischen Datenverarbeitung und Zerstörung oder negative Beeinträchtigung der Bauelemente sind.

Welchen Einfluß übt ESD auf die Mikroelektronik aus? 

Die plötzliche, funkensprühende Entladung dessen, was zunächst eine statische Aufladung war, kann die heutigen, hochempfindlichen Mikroschaltungen durch die Auswirkung ihrer Mikroblitze zerstören oder beschädigen. Derartige Beeinträchtigungen können ein Durchbrennen der Isolierschichten des Sperroxyds oder dergleichen sein. Es kann sein, das Metalle zum Verdampfen gebracht werden und somit sämtliche Teile mit einer Metallschicht überzogen werden, was ein Kurzschließen verursacht; schlimmer noch, das Gerät wird so minimal beeinträchtigt, das es die firmeneigene Überprüfung besteht, später im Einsatz und Gebrauch aber versagt. Statische Entladungen von weit weniger als 100 Volt können dieses Kurzschließen verursachen, und jede Entladung dauert weniger als eine 100 Milliardstel Sekunde. 

Je später eine solche statische Entladung im Produktionsprozeß eines Elementes oder Gerätes geschieht, desto größer sind die Reparatur- und Ersatzkosten. Das Problem der ESD ist nicht die „statische Aufladung“, sondern der „Schaden durch statische Entladung“! Diese plötzliche statische Entladung muß verhindert werden! 

Nur die Vermeidung von großen Potentialunterschieden und Verwendung abschirmender Schichten verhindern ESD-Gefahren. Durch die Verwendung von CORSTATTM und CORTRONIC® mit einem Oberflächenwiderstand von 107 bis 108 findet ein sicherer Potentialausgleich statt.