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ESD

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Wer kennt nicht die geisterhaften Funken beim Ausziehen eines Pullovers im Dunkeln? Es sind kleinste Blitze, verursacht von derselben Kraft, die auch am sommerlichen Himmel Blitze zucken lässt. Fachleute nennen sie Elektrostatik.

Warum sich um ESD Gedanken machen?
ESD (Electro Static Discharge) verläuft diskret und unsichtbar und verursacht verschiedenartige Probleme. Viele elektrische Komponenten, wie Halbleiter, elektronische Bauteile und Platinen, können durch elektrische Entladungen irreparabel beschädigt werden.

In den letzten Jahrzehnten hat man gelernt, diese älteste bekannte Form der Elektrizität für die Technik nutzbar zu machen. Elektrostatik überträgt beim Fotokopieren den Toner auf das Papier und transportiert beim Lackieren kleinste Farbentröpfchen kontrolliert an ihren Bestimmungsort, um nur zwei der zahlreichen Anwendungen zu nennen.

Ganz anders verhält es sich mit Elektrostatik in der Mikroelektronik, wo aufgrund der Empfindlichkeit der Halbleiter bereits geringste elektrostatische Entladungen große Schäden verursachen können.

Elektrostatische Entladungen können überall Schäden verursachen: an Bauteilen, in Schaltungen und im Produkt! Da Ladungen hauptsächlich durch Reibung entstehen, stellt der Mensch das größte Risikopotential für die hochsensible Elektronik dar (siehe Abbildung).

Wie beeinflusst ESD die Halbleiter?

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Elektronische Bauteile sind für Betriebsspannungen von einigen Volt ausgelegt. Elektrostatische Aufladung erzeugt aber Spannungen von bis zu einigen Tausend Volt. Entladen sich solche Spannungen zwischen leitenden Gegenständen, dann fließen kurzzeitig größere Ströme, die Leiterbahnen zum Schmelzen bringen können. Hohe Spannungen sind auch in der Lage, die Oxidschicht bei MOS-Bauteilen zu durchschlagen. Dabei entsteht ein kleiner Krater, der die Schaltung beschädigt. Im einfachsten Fall zerstört die Entladung das Bauteil. 5000fache Vergrößerung

In der weitaus größeren Zahl der Fälle werden Bauteile oder Leiterplatten nur in so geringem Ausmaß beschädigt, dass sie ihre Funktion behalten und die Endkontrolle passieren. Im Gebrauch führen diese verborgenen Schäden jedoch früher oder später zu Störungen oder Ausfällen und sind mit erheblichen Reparaturkosten verbunden. Diese latenten Schwächungen bezeichnet man auch als „walking wounded“ oder „latent failure“.

Jedes beschädigte Bauteil verursacht Kosten, die am Anfang bei der Bauteil-Eingangskontrolle noch gering sind. Ist das Bauteil einmal im Gerät verbaut und scheidet bei der Endprüfung aus, so haben sich die Kosten gegenüber der Eingangskontrolle bereits verdoppelt. Kommt es jedoch zu einem Produktausfall beim Kunden, steigen die Kosten auf das 10fache und noch höher.

Schutz

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Symbol für eine ESD-Schutzkomponente (links) und Gefahrenzeichen für ESD-gefährdete Bauteile (rechts)

Zur Vermeidung von ESD-Schäden müssen elektronische Baugruppen (zum Beispiel Computerkomponenten) oder Bauteile mit hohem Innenwiderstand (insbesondere Integrierte Schaltkreise, Leuchtdioden, Halbleiterlaser, Schottky-Dioden, MOSFET und IGBT) in ESD-geschützter Umgebung (Electrostatic Protected Area, EPA) gehandhabt, verpackt und gelagert werden. Solche ESD-Arbeitsplätze und ESD-geschützte Bereiche in der Halbleiterfertigung leiten bestehende elektrostatische Ladungen kontrolliert gegen Erde ab und verhindern die meist durch Reibungselektrizität entstehenden Aufladungen. Dies geschieht durch elektrisch leitfähige Arbeitsoberflächen, Antistatikbänder, entsprechende Möbel, Bekleidung, Schuhe, Bodenbelag, ionisierte Umgebungsluft und Erdung aller Komponenten.

Verpackungen für ESD-empfindliche Bauteile müssen aus leitfähig ausgerüsteten (elektrostatisch dissipativen) Kunststoffen bestehen. Es gibt durch Füllstoffe leitende oder metallbedampfte Folien, Füllmaterialien und Schaumstoffe. Oft sind die empfindlichen Anschlüsse der Bauteile zum Transport mit einer Kurzschlussbrücke verbunden.

Nicht fachgerecht (ESD-geschützt) verpackt gelieferte ESD-empfindliche Halbleiterbauelemente sollte man an den Lieferanten zurückschicken, da sie – auch wenn sie anfangs funktionieren – nicht ausfallsicher sind.

Verpackungen

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Besonders empfindliche Elektronikprodukte müssen in einer fachgerechten ESD Verpackung transportiert beziehungsweise gelagert werden. Warum? Weil selbst geringste elektrostatische Entladungen (ESD) zu Defekten führen und die Lebensdauer elektronischer Bauteile verkürzen können. Manche Verpackungen aus Kunststoff sind sogar die Verursacher solcher Entladungen! Deshalb sollten Sie beim Versand von elektronischer Ware grundsätzlich ESD Verpackungen verwenden.

Eine komplette ESD Verpackung enthält die antistatische Verpackung (elektrostatisch ableitender, leitfähiger oder abschirmender Beutel), das Kennzeichnungsetikett, den Feuchtigkeitsanzeiger und das Trockenmittel. Das Kennzeichnungsetikett beinhaltet Informationen hinsichtlich der Beachtung von ESD Maßnahmen. Versäumen Sie die Kennzeichnung, laufen Sie Gefahr, dass Ihre Versicherung im Falle eines Transportschadens keinen Ausgleich leistet.

Der Feuchtigkeitsanzeiger zeigt die Luftfeuchtigkeit innerhalb der ESD Verpackung an und lässt somit Rückschlüsse auf den Zustand der Produkte zu. Mit Ansteigen der Luftfeuchtigkeit sinkt die Funktionsfähigkeit eines elektronischen Bauteils. Um dies zu vermeiden, wird die ESD Verpackung um einen speziell für Elektronikprodukte hergestellten Trockenmittelbeutel ergänzt.

noch'n Text

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ESD Verpackung wird aus elektrostatisch ableitender und elektrostatisch abschirmender LDPE-Folie beziehungsweise Copolymer-PE-Folie mit Carbonzusatz hergestellt. Unsere ESD-Noppenschaumlage besteht aus ableitfähigem PU-Schaum. ESD Verpackungen sind in drei Farben erhältlich: Rosa, Schwarz und Silber. Dabei gilt: Je empfindlicher ein elektronisches Bauteil ist, desto höher muss der ESD Schutz sein. Den Schutzumfang können Sie an der jeweiligen Farbe erkennen:

Rote Beutel

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Rosa – elektrostatisch ableitende ESD Verpackung: Diese ESD Verpackung bedeutet einen niedrigen ESD Schutz und ist für fast alle elektronischen Bauteile ausreichend. Bei diesen Verpackungen wird die elektrische Ladung über die Oberfläche abgeleitet.

Druckverschlussbeutel antistatisch rosa, der Standard-Schutz

Elektrische Ladungen werden über die Oberfläche der Verpackung abgeleitet. Ideal zur fachgerechten Verpackung von empfindlichen Gütern aus dem Elektronik- und High-Tech-Bereich sowie zum Staubschutz im Lagerbereich.

  • Farbe: rosa transparent
  • schnell und sicher verschließbar
  • Staubschutz im Lagerbereich
  • Oberflächenwiderstand:10 10 - 1011 Ohm
  • Aufdruck: ESD-Warnsymbol, Recycling-Symbol und LOT-Nr.
  • Aminfreies und verschweißbares Polyethylen, recycelbar
  • leicht wiederverschließbar
  • Materialstärke: 100µ und 60µ

Zu beachten: es gibt verschiedene Materiakstärken, von ?? über 70u bis 100u

Metallisierte Beutel

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Schwarze Beutel

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Schwarz – elektrostatisch leitfähige ESD Verpackung: Diese Folien und Beutel bieten einen mittleren Schutz für elektronische Bauelemente mit niedriger Empfindlichkeit und schützen vor elektrostatischen Feldern. Vorhandene Ladung wird dauerhaft von Ihren Produkten abgeleitet.

ESD Langzeit-Schutz schwarze Beutel

Elektrische Ladungen werden dauerhaft über die Oberfläche abgeleitet. Für den fachgerechten Versand von fast allen elektronischen Bauelementen. Beutel sind volumenleitfähig und verschweißbar. Einsatzbereich: Ideal bei längerer Lagerhaltung > 1 Jahr.

Silberne Beutel

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Silber – abschirmende ESD Verpackung: Diese ESD Verpackungen bieten den höchsten Schutz und sind speziell für hochempfindliche Bauteile geeignet. Die metallisierte Highshield Abschirmbeutel wirken wie ein Faradayscher Käfig.

Profi Schutz DRY Shield-Abschirmbeutel silber mit Feuchtigkeitsschutz

  • Abschirmbeutel mit Feuchtigkeitsschutz und definierter Wasserdampfdurchlässigkeit
  • Schutzwirkung gegen elektrostatische Entladung und Felder
  • Entspricht MIL-B81705 Type 1 Class 1
  • EMI - Abschirmung > 40 db
  • Elektrostatische Abschirmung < 10 nJ (Energy Test)
  • Definierte Wasserdampfdurchlässigkeit durch Multilayer aus ableitfähiger Polyesterfolie, Aluminiumbedampfung und ableitfähiger Polyethylenfolie
  • Verschweißbar, Vakuumierbar
  • Standardaufdruck: ESD-Kennzeichnung, Feuchtigkeitssymbol, Typenbezeichnung, Recycle-Symbol, LOT-Nr.
  • Typischer Oberflächenwiderstand Rs = 10^9 - 10^10 Ohm (Innen- und Außenlayer)

Schachteln

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Zum Versand oder für eine besonders sorgfältige Lagerung hochempfindlicher Bauteile eignen sich ESD-Versandboxen. Die Boxen bestehen aus speziell beschichtetem Karton, der ableitfähig ist. Die Innenseiten sind mit PU-Schaumstoff ausgekleidet, der ebenfalls elektrostatisch dissipativ reagiert. Die ESD-Versandboxen verfügen meistens über einen Schnappverschluss zum problemlosen Öffnen und Schließen ohne Klebeband und sind mit entsprechenden Warnhinweisen und -symbolen bedruckt.

Leistungsmerkmale

  • hohe Abschirmeigenschaften durch leitfähiges Innenlayer
  • Innen- und Außendecke permanent ableitfähig und abriebfest
  • gute mechanische Eigenschaften
  • recyclebar
  • wiederverwendbar
  • korrosionsfrei
  • frei von Schwermetallen

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Spezialbox mit aufkaschiertem, elektrisch leitfähigem Steckschaum für den Versand von elektrostatisch empfindlichen Waren. Ideal geeignet für den Versand von Mikroprozessoren, Platinen, Chips etc.

Produktvorteile und -details

Vorteile:

  • versiegelte, innen und außen elektrisch leitende Beschichtung
  • Shieldingfunktion nach HBM (Abschirmschicht < 10² Ohm, Ableitschicht 107 - 8 Ohm)
  • Ableitzeit/Ladungsabbau < 2 Sek.
  • EGB-Warnsymbol aufgedruckt
  • erfüllt alle Spezifikationen nach EN/IEC 61340-5-1

Material: 1-wellige Wellpappe

Steckschaum

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PE-Steckschaum ist für die sichere Verpackung von ICs und anderen Chip-Bauteilen gedacht, bei denen keine der empfindlichen Kontaktfüßchen umgebogen oder gar abgebrochen werden dürfen. Der jeweilige Chip wird mit seinen Kontakten in den PE-Steckschaum eingedrückt und ist somit geschützt, da die Kontakte komplett im Schaum verschwinden. Durch eine entsprechende karbonhaltige Beschichtung des Schaums wirkt dieser ableitend gegen Potenzialunterschiede. In der Regel wird der PE-Steckschaum in Dicken von etwa sechs Millimetern angeboten, was für nahezu alle Bausteine ausreicht. Da hochdichter PE-Steckschaum sehr unflexibel und brüchig ist, werden zum Einwickeln von Platinen weniger dichte Schäume vertrieben, die ähnliche Steckeigenschaften und ESD-Merkmale aufweisen, jedoch auch gefaltet werden können.

Der elektrostatisch ableitfähige PE-Steckschaum ist vernetzt, geschlossenzellig, abriebsfest, korrosionsfrei und dauerhaft ableitfähig durch Karbon. Der ESD PE-Schaumstoff ist luftfeuchtigkeits- und alterungsunabhängig und besitzt sehr gute mechanische Eigenschaften. Darüber hinaus ist er elastisch und verarbeitungsfreundlich, ist thermisch verformbar, laminierbar und lässt sich z. B. einfach Zuschneiden und Stanzen. Harte Ausführung (Standard: 1 Seite mit Haut). Gängige Stärken sind 3 und 6 mm.

PU-Schaumstoff

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Der ableitende PU-Schaumstoff eignet sich zur direkten Verpackung empfindlicher Komponenten insbesondere in Standard-Behältnissen, die über keine entsprechenden entladungshemmenden Eigenschaften verfügen. Um kleinere Gegenstände gegen Verrutschen in der Verpackung zu schützen, wird der PU-Schaumstoff auf der Innenseite genoppt geliefert. Die Schaumstoffplatten werden üblicherweise in Größen bis zu etwa 0,5 Metern Länge und 0,3 Metern Breite angeboten, wobei die Dicken und die Noppengröße je nach Verwendungszweck variieren.


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Links

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· Zuletzt geändert: 2013/05/25 00:09