ESD-Erzeugung und Gefahren
Elektrostatische Entladung (ESD) entsteht, wenn zwei Objekte kollidieren oder sich trennen. ESD ist die Bewegung statischer Ladung von einem Objekt zum anderen zwischen zwei Objekten mit unterschiedlichem Potenzial, ähnlich einem kleinen Blitzeinschlag. Das Ausmaß und die Dauer der Entladung hängen von verschiedenen Faktoren ab, darunter der Art des Objekts und der Umgebung. Wenn ESD eine ausreichend hohe Energie aufweist, kann sie Halbleiterbauelemente beschädigen. ESD kann jederzeit auftreten, beispielsweise beim Ein- oder Ausstecken von Kabeln, wenn eine Person den I/O-Anschluss eines Geräts berührt, wenn ein geladenes Objekt ein Halbleiterbauelement berührt, wenn das Halbleiterbauelement den Boden berührt oder wenn elektrostatische Felder und elektromagnetische Störungen erzeugt werden, die zu ausreichend hohen Spannungen führen, die ESD auslösen.
ESD kann grob in drei Typen eingeteilt werden: ESD, die durch verschiedene Maschinen verursacht wird, ESD, die durch das Bewegen von Möbeln oder Geräten verursacht wird, und ESD, die durch menschlichen Kontakt oder Gerätebewegungen verursacht wird. Alle drei Arten von ESD sind für die Produktion von Halbleiterbauelementen und elektronischen Produkten von entscheidender Bedeutung. Elektronische Produkte sind während des Gebrauchs am anfälligsten für Schäden durch die dritte Art von ESD, wobei tragbare elektronische Produkte besonders anfällig für ESD sind, die durch menschlichen Kontakt verursacht werden. ESD beschädigt typischerweise angeschlossene Schnittstellengeräte. Alternativ kann es sein, dass Geräte, die einer ESD ausgesetzt sind, nicht sofort ausfallen, sondern dass es zu Leistungseinbußen kommt, was zu einem vorzeitigen Produktausfall führt. Wenn ein integrierter Schaltkreis (IC) ESD ausgesetzt ist, ist der Widerstand des Entladekreises normalerweise sehr niedrig und kann den Entladestrom nicht begrenzen. Wenn beispielsweise ein statisch geladenes Kabel an eine Schaltkreisschnittstelle angeschlossen wird, ist der Widerstand des Entladekreises nahezu Null, was zu einem kurzzeitigen Entladespitzenstrom von bis zu mehreren zehn Ampere führt. Dieser augenblicklich große Strom, der in die entsprechenden IC-Pins fließt, kann den IC schwer beschädigen; Die lokalisierte Hitze kann sogar den Siliziumchip zum Schmelzen bringen.
Zu ESD-Schäden an ICs zählen im Allgemeinen auch das Durchbrennen interner Metallverbindungen, Schäden an der Passivierungsschicht und das Durchbrennen von Transistorzellen. ESD kann auch zu einem IC-Latch--Up führen. Dieser Effekt ähnelt dem in CMOS-Geräten, wo die Struktureinheiten des Thyristors aktiviert werden. Hochspannung kann diese Strukturen aktivieren und einen großen Strompfad bilden, typischerweise von VCC zur Erde. Der Latch-up-Strom von Geräten mit serieller Schnittstelle kann bis zu 1 Ampere betragen. Der Verriegelungsstrom bleibt erhalten, bis das Gerät stromlos ist. Allerdings ist der IC dann meist schon durch Überhitzung durchgebrannt. Nach einem ESD-Aufprall können zwei Probleme auftreten, die nicht leicht zu erkennen sind. Diese Probleme werden von allgemeinen Benutzern und IEC-Testorganisationen, die herkömmliche Schleifenrückkopplungs- und Einfügungsmethoden verwenden, normalerweise nicht erkannt.