Sparkgaps - wann sinnvoll & wie gestalten?

[Thomas_H]

Es wird überlegt, sog. Sparkgaps (Funkensollüberschlagstellen) ins Layout in der Nähe der Steckerpins aufzunehmen, um eine höhere ESD-Festigkeit zu erzielen. Nur: Funktionieren diese überhaupt, wenn diesen Sollüberschlagstellen zwangsläufig nieder- bis mittelimpedante Lasten (z.B. Kondensatoren, Widerstände unter 10k) parallel geschaltet sind?

Und welches Sparkgap-Design ist am sinnvollsten? Der Abstand darf nicht zu klein gewählt werden, bis 500V DC darf auf keinen Fall ein Funke überschlagen (Designregel zur galvanischen Trennung). Aufgrund der Feldstärkekonzentration werden wohl 2 aufeinander zeigende Leiterbahn-Spitzen am ehesten Sinn machen. Wäre es sinnvoll, mehrere davon parallel zu schalten? Und welchen Einfluss haben Verzinnung oder Lötstopplack?

[Luc]

Was die Frage nach der Funktion angeht, hängt es davon ab, wie "schnell" die parallelgeschalteten Impedanzen sind. Der ESD- Einschlag setzt sich aus recht hochfrequenten Komponenten zusammen (Anstiegszeit < 1ns), da ist ein Kondensator aufgrund seiner parasitären Induktivitäten (inkl. der Anschlüsse) mitunter schon recht langsam. Insofern könnte die Funkenstrecke durchaus zünden.
Zwei aufeinander zeigende Spitzen sind sehr gebräuchlich. Eine Parallelschaltung kann die Lebensdauer (innerhalb der Zielwerte) verlängern. Über Verzinnung und Lötstopp kann ich nichts sagen, bei letzterem könnte ich mir aber einen spürbaren Einfluss gut vorstellen. Allerdings können Funkenstrecken schlechte Alterungseigenschaften haben, z.B. Änderng der Zündspannung durch Abbrand oder auch Staubansammlungen auf der Leiterplatte.

[Thomas_H]

Wir haben die Sparkgaps heute an einem Drehwinkelsensor mit ASIC ausprobiert, welches 1 kV HBM standhält. Die in Steckernähe befindlichen Sparkgaps hatten die Parameter:

halbrund, 2mm Durchmesser, 35µm Cu Höhe
Abstand 150 µm, jeweils gegen GND

Ein Prüfling wurde mit 4 kV Luftentladungen in die einzelnen Leitungen beaufschlagt, der andere Prüfling mit 15 kV Luftentladungen. Beide Prüflinge bzw. ASIC sind nach einigen Entladungen ausgefallen, obwohl Funkenüberschläge an den Sparkgaps sichtbar waren. Die Platine war gefräst, die Sparkgaps frei von Lötzinn und Lötstopplack.

Ist das ASIC einfach zu empfindlich oder sind die Sparkgaps ungünstig gestaltet? Spitze Sparkgaps wurden aufgrund von Fertigungstoleranzen und Abbrand verworfen.