ESD-Prüfung (IEC 61000-4-2): Praxistipps und Gegenmaßnahmen
Wahl zwischen Kontakt- und Luftentladung, Koppelplatten (HCP/VCP), stufenweises Durchlaufen der Prüfschärfegrade, Bewertungskriterien und Maßnahmen auf Leiterplattenebene (TVS, Erdung, Layout).
Die Prüfung mit elektrostatischer Entladung (ESD) prüft die Störfestigkeit gegen Entladungen von Personen oder Gegenständen. Die Entladung hat eine sehr schnelle Flanke (Nanosekunden), daher beeinflussen Leiterplattenlayout und Erdung das Ergebnis stark.
Prüfverfahren
- Kontaktentladung: Die Spitze berührt vor der Entladung ein leitfähiges Teil (Metallgehäuse, Schraube, Steckergehäuse). Sie ist besser reproduzierbar und wird daher von der Norm bevorzugt.
- Luftentladung: Die Spitze nähert sich einer isolierenden Oberfläche (Kunststofffugen, Tasten) und entlädt sich durch die Luft. Wird verwendet, wo Kontaktentladung nicht möglich ist.
- Indirekte Entladung: Kontaktentladungen auf die horizontale Koppelplatte (HCP) und die vertikale Koppelplatte (VCP) bewerten die Wirkung von Entladungen in der Nähe befindlicher Gegenstände und werden zusammen mit den direkten Entladungen durchgeführt.
Ablauf und Bewertungskriterien
- Luftentladung wird bei jedem Prüfschärfegrad der folgenden Tabelle bis einschließlich des festgelegten Grades angewendet; Kontakt- und indirekte Entladungen werden beim festgelegten Grad angewendet (IEC 61000-4-2:2025). Folgen Sie der Produktnorm, wenn sie etwas anderes vorgibt.
- Prüfen Sie mit der in Produktnorm und Prüfplan festgelegten Anzahl von Entladungen und Polaritäten (die Grundnorm verwendet üblicherweise 10 je Polarität und Prüfpunkt) und halten Sie den Abstand zwischen den Entladungen ein.
- Ordnen Sie das Ergebnis nach den Kriterien der Produktnorm ein (normaler Betrieb erhalten, vorübergehende Fehlfunktion mit selbsttätiger Wiederherstellung, Eingriff des Bedieners erforderlich). Legen Sie diese vorab im Prüfplan fest.
Prüfschärfegrade und Entladestromwerte
| Prüfschärfegrad | Kontaktentladung | Luftentladung |
|---|---|---|
| 1 | 2 kV | 2 kV |
| 2 | 4 kV | 4 kV |
| 3 | 6 kV | 8 kV |
| 4 | 8 kV | 15 kV |
Produktnormen können andere Prüfschärfegrade festlegen. Ausgabe 3.0 (2025) behält dieselben Werte wie Ausgabe 2.0 bei.
| Kontaktspannung | Ip1 | Ip2 | I30 | I60 |
|---|---|---|---|---|
| 2 kV | 7.5 A | 4.5 A | 4 A | 2 A |
| 4 kV | 15 A | 9 A | 8 A | 4 A |
| 6 kV | 22.5 A | 13.5 A | 12 A | 6 A |
| 8 kV | 30 A | 18 A | 16 A | 8 A |
Entladestromwerte zur Kalibrierung des ESD-Generators. Ip1 ist der erste Spitzenstrom (±15%, Anstiegszeit etwa 0.8 ns); Ip2 ist der zweite Spitzenstrom zwischen 10 und 40 ns (−20%/+40%), neu in Ausgabe 3.0. I30 und I60 sind die Ströme 30 ns und 60 ns nach Beginn der Entladung (±30%).
Maßnahmen auf Leiterplattenebene
- Platzieren Sie die TVS-Diode direkt am Steckverbinder und halten Sie die Leiterbahn zum geschützten Pin so kurz wie möglich. Die Leiterbahninduktivität erhöht die Klemmspannung, halten Sie daher auch den Masserückweg kurz.
- Leiten Sie den Entladestrom zuerst auf die Gehäusemasse, damit er nicht durch empfindliche Schaltungen fließt, und gestalten Sie den Pfad zwischen Gehäuse- und Leiterplattenmasse bewusst.
- Ergänzen Sie empfindliche Signale wie Reset und Interrupt um ein RC-Filter und eine Software-Entprellung (Rechner: RC-Filter).
- Gehäusefugen sind Eintrittswege für Entladungen. Erwägen Sie leitfähige Dichtungen oder überlappende Fügestellen.
Erfahrungen aus der Praxis
- Bei einer Luftentladungsprüfung beobachteten wir, wie die Entladung durch einen Spalt im Gehäuse eindrang. Verschrauben allein reichte nicht; entscheidend war eine leitfähige Dichtung oder ein Isoliermaterial im Spalt.
Verwandte Rechner
Ergebnisse und Zusammenfassungen dienen nur als Referenz. Verwenden Sie für Zertifizierungen und Prüfberichte den aktuellen Normtext und Daten kalibrierter Messgeräte.