Bei den elektrostatischen Entladungen (ESD) handelt es sich um kurzzeitige, transiente Entladungen. Solche Entladungen können dann zwischen festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen auftreten, wenn diese unterschiedliche Ladungen haben. Sie werden in der Regel von Funken oder Lichteffekten begleitet.
Typische Erscheinungsformen sind die Entladung von Blitzen, Schaltvorgänge von leistungsstarken Generatoren oder Motoren und die Entladung von aufgeladenen Kraftfahrzeugen oder menschlichen Körpern. Die Entladungen erfolgen in extrem kurzen Zeitbereichen von Millisekunden bis hinunter zu Nanosekunden. Die Entladungspotentiale können einige Kilovolt (kV) bis hin zu Megavolt (MV) erreichen und Komponenten, wie MOSFETs, Schottky-Dioden, Leuchtdioden und auch Speicherbausteine beschädigen. Die Empfindlichkeit der elektronischen Komponenten ist in mehrere Klassen eingeteilt.
In der Elektronik spielt die elektrostatische Aufladung von menschlichen Körpern eine wesentliche Rolle, da durch die Entladung empfindliche elektronische Bauteile, Komponenten und Geräte beschädigt und zerstört werden könnten. Die elektrische Energie, die sich in einem menschlichen Körper aufbauen kann, liegt in der Größenordnung von 10 Milli- Joule (mJ) bis 30 mJ, das elektrostatische Feld kann Werte zwischen 100 V und 20 kV erreichen und hängt sehr stark vom Bodenbelag und der Luftfeuchtigkeit ab. Durch die hohen statischen Aufladungen kommt es zu kurzzeitigen Entladeströmen von bis zu 30 A, bei einem Stromabfluss von bis zu 100 A/ns. Die elektrische Feldstärke kann Werte zwischen 1 kV/m und 5 kV/m erreichen.
Schutz gegen elektrostatische Entladungen
Elektrostatische Entladungen treten an Arbeitsplätzen auf, in der Verkabelung, der Automotive-Technik, der Geräte- und Platinentechnik sowie bei Peripheriegeräten und Monitoren.
Zum Schutz von ESD-gefährdeten Bauteilen können im Arbeitsplatzbereich Electrostatic Protected Areas ( EPA) eingerichtet werden, die mit ableitfähigen und geerdeten Tischbelägen, ableitfähigen Fußböden mit Erdpotentialbezugsflächen ( ERP) und geerdeten Werkzeugen ausgestattet sind. Zur Vermeidung von elektrostatischen Körperentladungen sind die Kleidung und die Schuhe der arbeitenden Personen aus antistatischem Material und das Personal selbst kann über antistatische Handgelenkbänder oder über ein Erdungsband mit Erdpotential verbunden werden.
Zum Schutz des Anwenders werden in der Bildschirmarbeitsverordnung Maßnahmen zur Verminderung der elektrostatischen Entladungen und zum Gesundheitsschutz beschrieben. Neben der statisch bedingten Entladung gibt es die induktiv bedingte Störeinstreuung, die elektromagnetische Beeinflussung ( EMI).
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Die Simulation und die ESD-Testung von empfindlichen elektronischen Bauelementen erfolgt mit standardisierten ESD-Modellen: dem Human Body Model ( HBM), dem Charged Device Model ( CDM) und dem Machine Model ( MM).