»Wenn es um die ESD-Festigkeit geht, sind Folienwiderstände klar im Vorteil« Dünnschicht-, Dickschicht- und Bulk-Metal-Folienwiderstände im Vergleich

Flexiblen und wirksamen Schutz für Bauelemente mit kleinem Formfaktor bieten nach Überzeugung der Experten von Vishay Foil Resistors vor allem Bulk-Metal-Folienwiderstände.
Flexiblen und wirksamen Schutz für Bauelemente mit kleinem Formfaktor bieten nach Überzeugung der Experten von Vishay Foil Resistors vor allem Bulk-Metal-Folienwiderstände.

Schutzkonzepte gegen ESD-Schäden gibt es viele, doch den flexibelsten und wirksamsten Schutz für Bauelemente mit kleinem Formfaktor bieten nach Überzeugung der Experten von »Vishay Foil Resistors« vor allem Bulk-Metal-Folienwiderstände.

»Viele Jahre lang bestand die Auffassung, dass Halbleiterbauelemente wie zum Beispiel Dioden und Transistoren besonders anfällig für Schäden durch ESD seien«, erklärt Yuval Hernik, Leiter Anwendungstechnik bei Vishay Foil Resistors. »Heute jedoch weiß man, dass passive Bauelemente, wie etwa Widerstände, mitunter stärker ESD-gefährdet sind als aktive Bauelemente.«

Bei Widerständen ist die ESD-Empfindlichkeit abhängig von Größe, Wert, Bauart und Dicke. Je kleiner die Abmessungen des Widerstandes, desto weniger Raum ist vorhanden, über den sich die Energie eines ESD-Impulses verteilen kann. Wenn sich diese Energie in einem kleinen Bereich eines aktiven Widerstandselements konzentriert, insbesondere beim Auftreten einer hohen Stromdichte oder lokaler Überhitzungsstellen, so genannter Hot Spots, kann sich das Widerstandselement so weit aufheizen, dass es irreversiblen Schaden nimmt.

»Mit dem Trend zur Miniaturisierung werden elektronische Bauelemente - Widerstände eingeschlossen - kleiner und kleiner, wodurch ihre Anfälligkeit für ESD-Schäden zunimmt«, so Hernik. »Widerstandsänderungen infolge von ESD-Schäden sind jedoch - wie lastbedingte Veränderungen - von Dauer. Je nach Design und Technologie können sie den Widerstandswert des Bauelements erhöhen oder herabsetzen.« Der Experte nennt drei Kategorien von ESD-Schäden:

  • Parameterfehler: Ein Parameterfehler tritt auf, wenn sich durch die elektrostatische Entladung mindestens ein Parameter des Bauelements (im Fall von Widerstandsbauelementen der ohmsche Widerstand) so verändert, dass er außerhalb der geforderten Toleranz liegt. Dieser Fehler ist nicht mit einem Verlust der Funktionsfähigkeit gleichbedeutend, sondern kann auch bei einem noch funktionsfähigen Bauelement vorliegen. Wenn z.B. ein 10-kΩ-Widerstand mit einer Toleranz von 1 Prozent eine elektrische Entladung erfährt, die seinen Widerstandswert auf 11 kΩ verändert (Abweichung 10 %), dann wirkt das Bauelement nach wie vor als Widerstand. Nur sind jetzt seine Parameter verändert, und es ist für seine ursprüngliche Funktion nicht mehr geeignet. Die Folgen solcher Veränderungen sind möglicherweise nicht sofort erkennbar, sondern offenbaren sich erst bei größeren Temperaturschwankungen in der Schaltung, bei thermischen Schockbelastungen, unter Volllast oder bei Einwirkung sonstiger parameterverändernder Einflussgrößen, die normalerweise durch die geplante Fehlertoleranz für kumulative Nettoverschiebungen nivelliert werden würde.
  • Totalausfall: Von einem Totalausfall spricht man, wenn die elektrostatische Entladung einen sofortigen Funktionsausfall des Bauelements bewirkt. Dies kann nach einem oder mehreren ESD-Ereignissen unterschiedlichen Ursprungs geschehen, z.B. der Entladung eines menschlichen Körpers oder der bloßen Anwesenheit eines elektrostatischen Feldes.
  • Latenter Schaden: Ein latenter Schaden liegt vor, wenn die elektrostatische Entladung einen moderaten Schaden des Bauelements zur Folge hat, der nicht bemerkt wird, weil das Bauelement scheinbar ordnungsgemäß funktioniert. Die Lebensdauer des Bauelements unter Last ist jedoch drastisch verkürzt. Infolge der weiteren Betriebsbelastung kann sich der Zustand des Bauteils so verschlechtern, dass es ausfällt. Latente Schäden sind besonders problematisch, weil das Bauelement unter Umständen äußerlich intakt erscheint und sich der Fehler durch Nachmessen oder Sichtprüfungen nur sehr schwer aufspüren lässt.