ESD-Schutz

Wie sich Wearables vor ESD schützen lassen

| Autor / Redakteur: James Colby * / Hendrik Härter

Wearables und tragbare Elektronik: Der Schutz vor ESD fängt bereits beim Layout der Leiterplatte an. Mit TVS-Dioden lassen sich empfindliche Bauteile schützen.
Wearables und tragbare Elektronik: Der Schutz vor ESD fängt bereits beim Layout der Leiterplatte an. Mit TVS-Dioden lassen sich empfindliche Bauteile schützen. (Littelfuse)

ESD-Schutz bei Wearables fängt schon beim Leiterplattenlayout an. Zudem geben wir Tipps, wie Transient-Voltage-Suppression-Dioden eingesetzt werden, um Wearables sicherer zu gestalten.

Das Thema Wearables ist aktuell eines der heißesten Trends der Unterhaltungselektronik. Von der Smartwatch bis zum Fitnessarmband dringen die tragbaren Helfer in immer mehr Bereiche unseres täglichen Lebens vor. Das Fachmagazin Business Insider [1] schätzt, dass der globale Markt für Wearables in den nächsten fünf Jahren jährlich um 35 Prozent wachsen und 2019 die Marke von 148 Millionen ausgelieferten Einheiten pro Jahr erreichen wird.

Die schnelle Verbreitung der Wearables nimmt vor allem die Gerätehersteller in die Pflicht. Wearables sind direkten Hautkontakt ausgesetzt und damit vom Nutzer verursachter statischer Elektrizität. Eine einfache Berührung reicht aus, um eine elektrostatische Entladung zu verursachen, die Sensorschaltkreise, Bedienknöpfe oder Lade- und Datenschnittstellen eines ungeschützten Geräts irreparabel beschädigen können. Je mehr sich die Verbraucher auf Wearables verlassen, desto mehr sind Elektronikentwickler gefordert, moderne Technologien des ESD-Schutzes zu integrieren, die sowohl das Gerät als auch dessen Benutzer schützen.

Nicht zuletzt aufgrund des immer kleiner werdenden Formfaktors der meisten Wearables und der Forderung nach besserer Leistung der Geräte sind damit jedoch ganz spezielle Anforderungen verbunden. Die Frage ist, welche Techniken beim ESD-Schutz sind angemessen und welche Strategien für das Leiterplattenlayout gibt es, die frühzeitig in den Entwicklungsprozess einbezogen werden sollten. Dabei helfen vier Aspekte bei der Auswahl der TVS-Dioden, um eine hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit von Wearables zu gewährleisten.

Ein robuster und kompakter ESD-Schutz

Dank stetiger Verbesserungen bei den Wafer-Herstellungsprozessen und Back-End-Baugruppen lassen sich bereits heute robuste ESD-Schutzbauteile in einem kleinen Formfaktor ohne Einbußen bei der ESD-Leistung fertigen. Beispielsweise kann eine 01005-TVS-Diode von Littelfuse eine Kontaktentladung von 30 kV nach IEC 61000-4-2 absorbieren. Die Diode verfügt über einen dynamischen Widerstand von <1 Ω. Sie liefert damit das gleiche Maß an ESD-Robustheit und geringer Klemmleistung (dynamischem Widerstand) wie SOD323- und SOD123-Bauform.

Ergänzendes zum Thema
 
Der ESD-Schutz und das Leiterplattenlayout

Bei anspruchsvollen Betriebsumgebungen ist ein robuster ESD-Schutz unverzichtbar. Das HBM- (Human-Body-Model-)Entladungsmodell kann für integrierte Schaltungen 2000 V erreichen, jedoch stellen die meisten Anwendungsentwickler sicher, dass ihre Bauteile mindestens Stufe 4 der Prüfnorm IEC 61000-4-2 erfüllen. Das entspricht 8 kV bei Kontakt und 15 kV in der Luft. Allerdings wurde bei vielen tragbaren Geräten und Wearables die Kontaktentladung auf 15 oder 20 kV erhöht, wobei einige Unternehmen sie auf bis zu 30 kV festlegen.

Diese Design-Entscheidung stellt sicher, dass die kompakten ESD-Bauteile robust genug sind, um auch die anspruchsvollen Anforderungen auf längere Zeit zuverlässig zu erfüllen. Moderne Fertigungstechniken für den ESD-Schutz sorgen dafür, dass die Bauteile auf der Platine weniger Platz benötigen. Beispielsweise ist aktuell der geläufigste diskrete Formfaktor für TVS-Dioden die SOD882-Bauform mit einer Grundfläche von 1,0 mm x 0,6 mm. Durch den Wechsel auf den 0201-Formfaktor mit 0,6 mm x 0,3 mm kann der Entwickler rund 70 Prozent Leiterplattenfläche einsparen. Der Wechsel zur 01005-Bauform ergibt eine Ersparnis von über 85 Prozent gegenüber SOD882.

Inhalt des Artikels:

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de/ (ID: 43467509 / Medizinelektronik)